CN204517388U - 汽车电子控制单元电源保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种汽车电子控制单元电源保护电路，初级保护电路包括用于吸收电源的瞬时高压的抛负载保护模块、防止反接时电流流入后级电路的防反接保护模块以及EMC滤波模块；抛负载保护模块、防反接保护模块、ECM滤波模块依次连接，抛负载保护模块的输入端连接电源输入；次级保护电路包括第一电压滤波模块、用于保护蓄电池过放电同时防止保护后级电路过流过压损坏的多功能保护模块以及第二电压滤波模块；第一电压滤波模块、多功能保护模块、第二电压滤波模块依次连接，第一电压滤波模块的输入端与EMC滤波模块的输出端连接，第二电压滤波模块的输出端连接后级电路。其能抵御高浪涌电压冲击，防止反接损坏，滤除噪声干扰。

Description

汽车电子控制单元电源保护电路

技术领域

本实用新型涉及汽车电子领域，尤其涉及汽车电子控制单元电源保护电路。

背景技术

汽车电子设计中主要挑战是保护汽车电子设备免受破坏性的浪涌、电压瞬变、静电放电及电源线噪声的损害。汽车上通常有两个供电电源，一是蓄电池，电压一般12V或24V，二是发电机。由于汽车上的供电设备多，用电负载复杂，使得汽车电源非常不稳定。例如在汽车点火的瞬间，点火线圈的高压串到电源上回使电源出现高达40V以上的尖峰脉冲。另一种情况更为严重，在发电机向汽车提供电源的时候，如果蓄电池因为某种原因(如振动)突然断开，会产生非常严重的浪涌电流和高压脉冲，这种情况被称为“抛负载”。在抛负载的情况下，汽车电源会出现高达100V的高压脉冲。对车载电子设备形成非常大的危害。另一方面，汽车上的各种电子负载工作时候以及打开与关闭的瞬间都会对电源造成电压瞬变、浪涌，并且各种设备会将自身产生的噪声干扰通过电源线引入到其它电子设备中。如果汽车子的电子设备不能抵御这种浪涌、电压瞬变和噪声干扰，将会严重影响其正常工作，甚至会使电路受到破坏。

针对汽车“抛负载”的情况，申请号为“201120445716.4”的中国实用新型专利提供一种车用电源保护电路，该电源保护电路包括抗瞬态电压干扰电路和防止电源正负极反接电路，防止电源正负极反接电路是在电源的输入端正接一个肖特基二极管，抗瞬态电压干扰电路是在电源的输入端接入两个负极相连的TVS二极管，两个负极相连的TVS二极管的一个正极端与电源的输入端相连，另一个正极端与地相连。该电路实现了基本的防反接保护及“抛负载”浪涌保护，反接保护采用一个肖特基二极管实现存在功耗大的问题。但是由于肖特基二极管正向导通的压降较大，通常为1V左右。如果负载电流较大，在肖特基二极管上产生的功耗就很高，降低了电源的效率。并且二极管的通流能力有限，电路的最大电流受其最大正向电流和最大耗散功率限制，因此不能实现较大的电流。

另一个申请号为“CN201310695473.3”的中国发明专利提供了一种车载电源保护电路，该电路包括：反接保护电路、过流保护电路，还包括：过压保护电路，其与所述过流保护电路相连，用于接收所述过流保护电路输出的电压，并在接收的电压在下限设定阈值与上限设定阈值之间时输出接收的电压；否则，输出截止；电压转换电路，其与所述过压保护电路相连，用于将所述过压保护电路输出的电压转换为车载终端设备所需的供电电压向所述车载终端设备输送；储能电路，与所述电压转换电路的输入端相连，在过压保护电路输出电压时充电，在过压保护电路截止输出时向电压转换电路放电。其过流保护电路采用可恢复保险丝来实现，可恢复保险丝最大的缺点是动作时间慢，当后面的电路出现短路等过流情况时，可恢复保险丝最大的缺点是动作时间慢，当后面的电路出现短路等过流情况时，可恢复保险丝需要较长的时间才能动作，很有可能后面的电路以及损坏了，可恢复保险丝才动作，并且可恢复保险丝限制的电流大小不能精确控制。另外，其过压保护电路采用分立元件组成的电路实现，具有精确低、电路复杂等缺点，降低保护电路的可靠性。例如其电压检测电路的第一稳压管，普通稳压二极管初始精度差而且动态精度也差，使电压检测的精度变差，过压保护阀值不能精确设定。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种汽车电子控制单元电源保护电路，其能够抵御电源中出现的高浪涌电压冲击，防止由于人为失误造成的反接损坏，滤除噪声干扰，进行欠压、过压、过流保护。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

汽车电子控制单元电源保护电路，包括初级保护电路和次级保护电路；所述初级保护电路包括用于吸收电源的瞬时高压的抛负载保护模块、防止反接时电流流入后级电路的防反接保护模块以及EMC滤波模块；该抛负载保护模块、防反接保护模块、ECM滤波模块依次连接，抛负载保护模块的输入端连接电源输入；所述次级保护电路包括第一电压滤波模块、用于保护蓄电池过放电同时防止后级电路过流过压损坏的多功能保护模块以及第二电压滤波模块；第一电压滤波模块、多功能保护模块、第二电压滤波模块依次连接，第一电压滤波模块的输入端与EMC滤波模块的输出端连接，第二电压滤波模块的输出端连接后级电路。

进一步的，抛负载保护模块包括可恢复保险器F、二极管D1、二极管D2；该可恢复保险丝F的一端连接电源输入的正极端，另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接二极管D2的正极，二极管D1的负极连接防反接保护模块，二极管D2的负极以及电源输入的负极端均接地。

进一步的，防反接保护模块包括MOS管Q1、二极管D3以及电阻R1；该MOS管Q1的漏极连接二极管D1的负极，其源极连接二极管D3的负极，二极管D3的负极还连接EMC滤波保护模块，二极管D3的正极和电阻R1的一端均与MOS管Q1的栅极连接，电阻R1的另一端接地。

进一步的，EMC滤波模块包括电容C1、电容C2、共模电感L1；共模电感L1包括初级线圈和次级线圈，其次级线圈的一端和二极管D3的负极均匀电容C1的一端连接，次级线圈的另一端连接电容C2的一端，初级线圈的一端和电阻R1的另一端均与电容C1的另一端连接，初级线圈的另一端和电容C2的另一端均接地；电容C2的一端还连接第一电压滤波模块。

进一步的，第一电压滤波模块包括电容C3及电容C4，电容C3与电容C4并联，电容C3的一端连接电容C2的一端，电容C4的一端连接多功能保护模块，电容C3的另一端和电容C4的另一端均接地。

进一步的，多功能保护模块包括控制芯片ICI、MOS管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C5；该电阻R2的一端和电阻R4的一端均与电容C4的一端连接，电阻R2的另一端和电阻R3的一端均与控制芯片ICI的欠压采样端连接，电阻R3的另一端及控制芯片ICI的地端均接地；电阻R2的一端和控制芯片ICI的第一过流取样端均与R4的一端连接，控制芯片ICI的第二过流取样端和MOS管Q2的漏极均与电阻R4的另一端连接，MOS管Q2的栅极连接控制芯片ICI的驱动端，电阻R5的一端和电阻R6的一端均与控制芯片ICI的过压取样端连接，电阻R5的另一端连接MOS管Q2的源极，电阻R6的另一端接地，电容C5的一端连接控制芯片ICI的充电端，另一端接地；电阻R5的另一端还连接第二电压滤波模块。

进一步的，第二电压滤波模块包括电容C6和电容C7，电容C6的一端连接电阻R5的另一端，电容C7的一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端和电容C7的另一端均接地；电容C7的一端还连接后级电路的正极端，电容C7的另一端还连接后级电路的负极端。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型针对汽车复杂的电源状况进行保护，包括初级电路和后级电路，抛负载模块能够抵御电源中出现的高浪涌电压冲击；防反接模块防止人为失误造成的反接损坏，可靠性强；EMC滤波保护模块滤除从电源上引入或输出的EMC噪声干扰；多功能保护模块对蓄电池进行欠压保护，并对后级电路进行精确的过压和过流保护，防止由于后级电路出现故障时将故障范围扩大，避免电路起火引起事故；两级电压滤波电路为后级电路提供更加稳定的电压，提高设备的适应能力和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图。

其中，1、抛负载保护模块；2、防反接保护模块；3、EMC滤波模块；4、第一电压滤波模块；5、多功能保护模块；6、第二电压滤波模块；a、欠压取样端；b、第一过流取样端；c、第二过流取样端；d、驱动端；e、过压取样端；f、充电端；g、地端。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

参见图1，本实施例的汽车电子控制单元电源保护电路包括初级保护电路和次级保护电路；初级保护电路包括用于吸收电源的瞬时高压的抛负载保护模块1、防止反接时电流流入后级电路的防反接保护模块2以及EMC滤波模块3；该抛负载保护模块1、防反接保护模块2、EMC滤波模块3依次连接，抛负载保护模块1的输入端连接电源输入；所述次级保护电路包括第一电压滤波模块4、用于保护蓄电池过放电同时防止后级电路过流过压损坏的多功能保护模块5以及第二电压滤波模块6；第一电压滤波模块4、多功能保护模块5、第二电压滤波模块6依次连接，第一电压滤波模块4的输入端与EMC滤波模块3的输出端连接，第二电压滤波模块6的输出端连接后级电路。

优选的，抛负载保护模块1包括可恢复保险器F、二极管D1、二极管D2；该可恢复保险丝F的一端连接电源输入的正极端，另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接二极管D2的正极，二极管D1的负极连接防反接保护模块2，二极管D2的负极以及电源输入的负极端均接地。正常情况下，二极管D1处于反向偏置，二极管D2处于正向偏置，可恢复保险丝F是一种正温度系数热敏电阻PTC，当有电流流过时会产生热量，当它的温度上升到一定程度时，其电阻迅速增加从而限制电流增长，使得通过它的电流保持在一定范围内，当电流减小时它的温度下降，其电阻又恢复到正常状态，起到限制电流作用而又不需要维护或更换，使用方便。二极管D1是瞬态电压抑制二极管，简称TVS，当二极管D1的两端的电压大于其击穿电压时迅速导通，将其两端的电压箝位在一定范围内，可以在短时间内通过非常大的电流，瞬时功率达到几千瓦。二极管D1采用汽车电子抛负载保护专用TVS，符合国家标准IS07637-2的测试条件，可以有效的吸收抛负载时出现的瞬时高压脉冲。由于二极管D2处于正向偏置，这时将会有非常大的电流流过可恢复保险丝F、二极管D1、二极管D2，可恢复保险丝F温度骤增使其处于高阻保护状态，使流过可恢复保险丝F上的电流减小，从而进一步的保护了二极管D1和二极管D2，避免了二极管D1和二极管D2因为长时间流过较大的电流而损坏。瞬时高压脉冲和浪涌电流主要被可恢复保险丝F和二极管D1吸收，以热量的形式散发掉。二极管D2防止电源输入反接时有较大电流流过二极管D1和可恢复保险丝F，电源输入反接时，二极管D2处于反偏状态，因此电流不能流过二极管D2，二极管D2优选采用肖特基二极管，其最大反向施压必须要大于电路的最大瞬时电压，而且它的最大峰值电流也必须大于等于二极管D1的最大反向峰值电流。抛负载保护电路的保护电压要大于后级电路正常最大工作电压，但要小于过压保护电路的保护电压。

防反接保护模块2包括MOS管Q1、二极管D3以及电阻R1；该MOS管Q1的漏极D连接二极管D1的负极，其源极S连接二极管D3的负极，二极管D3的负极还连接EMC滤波模块3，二极管D3的正极和电阻R1的一端均与MOS管Q1的栅极G连接，电阻R1的另一端接地。MOS管Q1是P沟道增强型大功率MOS管，其作用是导通和关闭电流；二极管D3是齐纳二极管，又称稳压二极管，其作用是限制MOS管Q1的最大栅源极电压；电阻R1是二极管D3的限流电阻，同时也是MOS管的栅极偏置电阻。电压输入极性正常情况下，MOS管Q1栅源极电压减去二极管D3的反向击穿电压后小于MOS管Q1的栅极开启电压；MOS管Q1导通使电流流过MOS管Q1的漏极D和源极S到后面的电路；当电源输入反接时，栅源极电压等于二极管D3正向导通电压，且栅源极电压大于栅极G开启电压，此时MOS管Q1介质，电流不能通过MOS管Q1的漏极和源极，后面的电路无法得电从而受到保护。MOS管Q1作为反接保护电路的开关管，其数量并不限于1个，根据后级负载的电流大小可以用N个相同的MOS管关联使用。Q1应该选择导通电阻尽量小的器件。该防反接保护电路具有通流能力大、导通电阻小、功耗低等优点。

EMC滤波模块3包括电容C1、电容C2、共模电感L1；共模电感L1包括初级线圈和次级线圈，其次级线圈的一端和二极管D3的负极均匀电容C1的一端连接，次级线圈的另一端连接电容C2的一端，初级线圈的一端和电阻R1的另一端均与电容C1的另一端连接，初级线圈的另一端和电容C2的另一端均接地；电容C2的一端还连接第一电压滤波模块。EMC干扰为电磁干扰，电容C1、电容C2是高频小容量电容，共模电感L1，也叫共模扼流圈，用于电源线或者信号线中过滤共模电磁干扰信号。电容C1、电容C2主要是针对电源中的高频差模干扰信号。电容C1、电容C2、共模电感L1组成的滤波电路将电源进来的高频共模、差模干扰信号滤除，同时也防止设备自身产生的干扰信号通过电源线出去。让干扰信号既不能进来也不能出去。

第一电压滤波模块4包括电容C3及电容C4，电容C3与电容C4并接，电容C3的一端连接电容C2的一端，电容C4的一端连接多功能保护模块，电容C3的另一端和电容C4的另一端均接地。电容C3采用大容量电容，可以选用但不限于铝电解电容，C4为小容量高频电容。C3主要作用是储能滤波、平滑输入电压减小电压跌落。汽车电源电压非常不稳定，当有大功率负载启动时电压波动较大，特别是汽车启动时蓄电池电压会有很大跌落，电容C3的作用就是稳定输入电压，减小输入电压的波动。电容C4的作用是滤掉电源上的高频噪声。它针对的是比EMC滤波电路滤除的频率更低的高频噪声。

多功能保护模块5包括控制芯片ICI、MOS管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C5；该电阻R2的一端和电阻R4的一端均与电容C4的一端连接，电阻R2的另一端和电阻R3的一端均与控制芯片ICI的欠压采样端连接a，电阻R3的另一端及控制芯片ICI的地端g均接地；电阻R2的一端和控制芯片ICI的第一过流取样端b均与R4的一端连接，控制芯片ICI的第二过流取样端c和MOS管Q2的漏极D均与电阻R4的另一端连接，MOS管Q2的栅极G连接控制芯片ICI的驱动端e，电阻R5的一端和电阻R6的一端均与控制芯片ICI的过压取样端e连接，电阻R5的另一端连接MOS管Q2的源极S，电阻R6的另一端接地，电容C5的一端连接控制芯片ICI的充电端f，另一端接地；电阻R5的另一端还连接第二电压滤波模块6。

控制芯片ICI是专用的欠压、过压、过流保护集成电路芯片，MOS管Q2是电源调整管，为N沟道增强型MOS管，其受控制芯片ICI控制导通与关闭。MOS管Q2的数量不限于一个，根据后级电路的电流大小要求可以使用多个通用的MOS管并联使用。MOS管Q2采用导通电阻(Rdson)尽量小的器件，能够降低调整管的功耗。电阻R2、电阻R3是欠压采样电阻，输入电压由电阻R2、电阻R3分压后输入到控制芯片ICI的欠压取样端a，欠压阀值由电阻R2和电阻R3确定，当输入电压低于欠压阀值时，控制芯片IC1将MOS管Q2关闭，起到保护蓄电池过放电的作用。电阻R2和电阻R3选用高精度的电阻器，如1％或更高精度。电阻R4是过流采样电阻，当电阻R4两端电压达到50mV时，控制芯片IC1将MOS管Q2关闭；电阻R4采用高精度电阻，如1％或更高精度。由于单个电阻的功率有限，根据最大电流大小，电阻R4可以用多个相同的电阻并联使用，以提高最大通流能力。过压保护电路的保护电压要大于抛负载保护电压的保护电压，而且要小于后级电路的最大输入极限电压。电阻R5、电阻R6是过压采样电阻，输出电压由电阻R5和电阻R6分压后输入到控制芯片ICI的过压采用端e，当控制芯片ICI的过压采用端e电压达到1.25V时控制芯片IC1将MOS管Q2关闭。电阻R5和电阻R6选用高精度的电阻器，如1％或更高精度。电容C5是定时电容，当出现过压或者过流情况时，控制芯片ICI的充电端f输出一个电流对电容C5进行充电，并且控制芯片IC1会根据过压或者过流的大小程度调节充电电流的大小。具体的，当过压越高或者过流越大充电电流就越大，其目的是当出现严重过压或者过流时更快速把MOS管Q2关闭。当电容C5上的电压达到1.35V时控制芯片IC1将MOS管Q2关闭，达到过压和过流保护的目的。电容C5的目的是消除一些误动作，只有当过压或者过流情况持续一定时间后才开始动作保护。

第二电压滤波模块6包括电容C6和电容C7，电容C6的一端连接电阻R5的另一端，电容C7的一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端和电容C7的另一端均接地；电容C7的一端还连接后级电路的正极端，电容C7的另一端还连接后级电路的负极端。电容C6采用大容量电容，优选但不限于大容量陶瓷电容，其串联等效电感低且浪涌电流大，能够快速的相应后级电流快速的大电流需求。电容C7为小容量陶瓷电容，其响应速度比电容C6更快，因此电容C7能够响应速度更快的电流需求。电容C6、电容C7的目的都是为平滑输出电压减小电压纹波，为后级电路提供一个较宽带宽的低阻抗电源回路。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：包括初级保护电路和次级保护电路；所述初级保护电路包括用于吸收电源的瞬时高压的抛负载保护模块、防止反接时电流流入后级电路的防反接保护模块以及EMC滤波模块；该抛负载保护模块、防反接保护模块、ECM滤波模块依次连接，抛负载保护模块的输入端连接电源输入；所述次级保护电路包括第一电压滤波模块、用于保护蓄电池过放电同时防止后级电路过流过压损坏的多功能保护模块以及第二电压滤波模块；第一电压滤波模块、多功能保护模块、第二电压滤波模块依次连接，第一电压滤波模块的输入端与EMC滤波模块的输出端连接，第二电压滤波模块的输出端连接后级电路。

2.如权利要求1所述的汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：所述抛负载保护模块包括可恢复保险器F、二极管D1、二极管D2；该可恢复保险丝F的一端连接电源输入的正极端，另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接二极管D2的正极，二极管D1的负极连接防反接保护模块，二极管D2的负极以及电源输入的负极端均接地。

3.如权利要求2所述的汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：所述防反接保护模块包括MOS管Q1、二极管D3以及电阻R1；该MOS管Q1的漏极连接二极管D1的负极，其源极连接二极管D3的负极，二极管D3的负极还连接EMC滤波保护模块，二极管D3的正极和电阻R1的一端均与MOS管Q1的栅极连接，电阻R1的另一端接地。

4.如权利要求3所述的汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：所述EMC滤波模块包括电容C1、电容C2、共模电感L1；共模电感L1包括初级线圈和次级线圈，其次级线圈的一端和二极管D3的负极均匀电容C1的一端连接，次级线圈的另一端连接电容C2的一端，初级线圈的一端和电阻R1的另一端均与电容C1的另一端连接，初级线圈的另一端和电容C2的另一端均接地；电容C2的一端还连接第一电压滤波模块。

5.如权利要求4所述的汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：所述第一电压滤波模块包括电容C3及电容C4，电容C3与电容C4并联，电容C3的一端连接电容C2的一端，电容C4的一端连接多功能保护模块，电容C3的另一端和电容C4的另一端均接地。

6.如权利要求5所述的汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：所述多功能保护模块包括控制芯片ICI、MOS管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C5；该电阻R2的一端和电阻R4的一端均与电容C4的一端连接，电阻R2的另一端和电阻R3的一端均与控制芯片ICI的欠压采样端连接，电阻R3的另一端及控制芯片ICI的地端均接地；电阻R2的一端和控制芯片ICI的第一过流取样端均与R4的一端连接，控制芯片ICI的第二过流取样端和MOS管Q2的漏极均与电阻R4的另一端连接，MOS管Q2的栅极连接控制芯片ICI的驱动端，电阻R5的一端和电阻R6的一端均与控制芯片ICI的过压取样端连接，电阻R5的另一端连接MOS管Q2的源极，电阻R6的另一端接地，电容C5的一端连接控制芯片ICI的充电端，另一端接地；电阻R5的另一端还连接第二电压滤波模块。

7.如权利要求6所述的汽车电子控制单元电源保护电路，其特征在于：所述第二电压滤波模块包括电容C6和电容C7，电容C6的一端连接电阻R5的另一端，电容C7的一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端和电容C7的另一端均接地；电容C7的一端还连接后级电路的正极端，电容C7的另一端还连接后级电路的负极端。