CN214798908U - 使用法拉电容电池的车载控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型所设计的使用法拉电容电池的车载控制***，提出一种使用法拉电容备用电池的充放电无中断切换的实现装置。在外接电源连接时对法拉电容充电，并自动检测外接电源连接情况，在外接电源断开时切换到法拉电容供电。其具有的优点及积极的效果是：该***的法拉电容在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出，而普通电池受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久损坏；同时区别于现有其他切换装置使用MCU来检测外接电源并切换充、放电状态而产生的延时及MCU内部程序跑飞导致的状态出错，而是采用纯硬件检测切换，提高了实时性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载设备的电气领域，特别是一种使用法拉电容电池的车载控制***。
背景技术
车载控制***，是车联网***的重要部分，主要完成车内外数据的收集、交互、显示和上传，并能实现远程控制、空中升级等功能。
目前，在传统车载控制***设备中，不一定配备备用电池，使得主供电车载电池断电后，无法为车载控制***提供工作电流，***数据瞬间丢失；或者即使有备用电池，备用电池的容量有限，如果长时间使用会导致其过度放电而影响其使用寿命：也有些需采用专门的电池充放电管理芯片进行备用电池管理，但成本较高，同时因电池特性不一样，导致针对不同电池需要选择不同的芯片，不利于产品兼容设计。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种通过纯电路设计自动实现充放电切换，且充放电效果好的使用法拉电容电池的车载控制***。
为了到达上述目的，本实用新型设计的使用法拉电容电池的车载控制***，包括输入电压、电压转换电路和车载控制***，所述的输入电压通过电压转换电路转换到额定电压给车载控制***供电，其特征是电压转换电路和车载控制***之间还通过充放电切换电路连接有法拉电容备用电池，且输入电压也直接连接在充放电切换电路上。
进一步的方案是，所述的法拉电容备用电池由两个串联的法拉电容 FC1和法拉电容FC2组成，其负极接地；
所述的充放电切换电路包括输入电压VIN，电压转换电路得到的工作电压Vsupply：
输入电压VIN通过串联的电阻R1和电阻R2后接地，且在电阻R1 和电阻R2之间通过电阻R5连接有三极管Q3的B极，三级管Q3的C 极通过电阻R8接地，工作电压Vsupply通过电阻R7连接三极管Q3的E 极，所述的工作电压Vsupply还依次通过MOS管Q1的S极以及D极，并与法拉电容FC1以及法拉电容FC2相连形成通路，三极管Q3的E极与 MOS管Q1的G极连接；
输入电压VIN通过串联的电阻R3和电阻R4接地，且在电阻R3和电阻R4之间通过电阻R6连接有三极管Q4的B极，三级管Q4的E 极接地，三极管Q4的C极与MOS管Q2的G极相连，所述的工作电压 Vsupply依次通过MOS管Q2的D极、S极以及电阻R10，并与串联的法拉电容FC1以及法拉电容FC2相连形成通路，同时在MOS管Q2的G 极与S极之间还设有电阻R9。
本实用新型所设计的使用法拉电容电池的车载控制***，提出一种使用法拉电容备用电池的充放电无中断切换的实现装置。在外接电源连接时对法拉电容充电，并自动检测外接电源连接情况，在外接电源断开时切换到法拉电容供电。其具有的优点及积极的效果是：该***的法拉电容在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出，而普通电池受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久损坏；同时区别于现有其他切换装置使用MCU来检测外接电源并切换充、放电状态而产生的延时及MCU内部程序跑飞导致的状态出错，而是采用纯硬件检测切换，提高了实时性和可靠性。
附图说明
图1是实施例1电路结构图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1。
本实施例描述的使用法拉电容电池的车载控制***，包括输入电压、电压转换电路和车载控制***，所述的输入电压通过电压转换电路转换到额定电压给车载控制***供电，电压转换电路和车载控制***之间还通过充放电切换电路连接有法拉电容备用电池，且输入电压也直接连接在充放电切换电路上。
所述的法拉电容备用电池由两个串联的法拉电容FC1和FC2组成，其负极接地；
所述的充放电切换电路包括输入电压VIN，电压转换电路得到的工作电压Vsupply：
输入电压VIN通过串联的电阻R1和电阻R2后接地，且在电阻R1 和R2之间通过电阻R5连接有三极管Q3的B极，三级管Q3的C极通过电阻R8接地，工作电压Vsupply通过电阻R7连接三极管Q3的E极，所述的工作电压Vsupply还依次通过MOS管Q1的S极和D极与法拉电容FC1、FC2组成通路，三极管Q3的E极与MOS管Q1的G极连接；
输入电压VIN通过串联的电阻R3和R4接地，且在电阻R3和R4之间通过电阻R6连接有三极管Q4的B极，三级管Q4的E极接地，三极管Q4的C极与MOS管Q2的G极相连，所述的工作电压Vsupply依次通过MOS管Q2的D极、S极电阻R10与串联的法拉电容FC1、FC2组成通路，同时在MOS管Q2的G极与S极之间还设有电阻R9。
工作时，当输入电压与车载主电源连接时，输入电压经过电压转换电路，将直流高压转换为车载控制***可以接受的工作电压。该工作电压一方面提供给车载控制***装置，另一方面借助充放电切换电路向法拉电容备用电池充电。当输入电压与车载主电源断开时，电压转换电路没有输出，工作电压由法拉电容备用电池提供。具体法拉电容备用电池是处于充电状态还是放电状态，由充放电切换电路从输入电压处取得当时的供电状态，从而选择电路采用充电或放电的支路。采用充电支路时，电流从工作电压处经充放电切换电路流向法拉电容充电电池；采用放电支路时，电流从法拉电容充电电池经充放电切换电路流向工作电压处，向车载控制***供电。
对于具体的电路情况，法拉电容FC1和FC2为两个串联而成，用作车载控制***备和电池。VIN为外部车身输入电压，通过电压转换电路将电压转换成车载控制***可以使用的工作电压Vsupply。只要Vsupply电压大于法拉电容电压和MOS管Q2内部的体二极管正向压降之和，就开始通过该体二极管向法拉电容充电。但如果仅靠二极管通路充电的话，法拉电容电压会始终比Vsupply低，其值大约为该体二极管的正向压降。为了弥补该缺陷，引入由R3、R4、R6和Q4组成的输入电压检测切换电路，和由R1、R2、R5和Q3组成的输入电压检测切换电路。
当外部输入电压VIN与车载电源连接时，即进入充电状态，三极管 Q4的B极通过分压电阻R3和R4检测到的电压大于发射极电压，三极管 Q4的C极和E极导通，使得MOS管Q2的G极和S极之间的压差大于阈值电压，从而MOS管Q2的D极和S极间直接导通。同时，三极管Q3的B极通过分压电阻R1和R2检测到的电压大于三极管Q3的发射结电压，其E极和C极之间截止，使得MOS管Q1的G极和S极之间无压差， MOS管Q1截止，放电电路不工作。
当外部输入电压VIN与车载电源断开时，即进入放电状态，三极管 Q4的B极通过分压电阻R3和R4检测到的电压小于发射极电压，三极管 Q4的C极和E极截止，使得MOS管Q2的G极和S极之间无压差，MOS 管Q2的D极和S极间截止，即D极和S极之间呈断路状态。同时，Vsupply 也无电压，法拉电容两端电压大于工作电压Vsupply，MOS管Q2的体二极管也呈反向截止。当外部输入电压VIN与车载电源断开时，掉电的瞬间工作电压Vsupply无输出，此时，法拉电容的电压VBB大于工作电压 Vsupply，由于本方案充分利用MOS管体二极管的硬件特性，当掉电后的 Vsupply电压小于VBB和体二极管的压差后，该体二极管瞬间导通，实现电流从充电到放电的无缝切换。同时，三极管Q3的B极通过分压电阻R1 和R2检测到的电压小于三极管Q3的发射结电压，三极管Q3的C极和E 极导通，使得MOS管Q1的G极和S极之间的压差大于阈值电压，MOS 管Q1的D极和S极间导通。从而令整个放电过程中，VBB电压与Vsupply电压基本相同，避免了MOS管Q1的体二极管产生的压差，使得法拉电容的电能被充分利用。
同时，虽然法拉电容有充放电电流大的优点，但是考虑到输入电压 VIN和工作电压Vsupply之间的电压转换电路的输出能力有限，为防止该电压转换电路过载，充电路径上预留限流电阻R10，以限定充电电路中的最大充电电流。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种使用法拉电容电池的车载控制***，包括输入电压、电压转换电路和车载控制***，所述的输入电压通过电压转换电路转换到额定电压给车载控制***供电，其特征是电压转换电路和车载控制***之间还通过充放电切换电路连接有法拉电容备用电池，且输入电压也直接连接在充放电切换电路上；所述的法拉电容备用电池由两个串联的法拉电容FC1和法拉电容FC2组成，其负极接地；所述的充放电切换电路包括输入电压VIN，电压转换电路得到的工作电压Vsupply；
输入电压VIN通过串联的电阻R1和电阻R2后接地，且在电阻R1和电阻R2之间通过电阻R5连接有三极管Q3的B极，三级管Q3的C极通过电阻R8接地，工作电压Vsupply通过电阻R7连接三极管Q3的E极，所述的工作电压Vsupply还依次通过MOS管Q1的S极以及D极，并与串联设置的法拉电容FC1以及法拉电容FC2形成通路，三极管Q3的E极与MOS管Q1的G极连接；输入电压VIN通过串联的电阻R3和电阻R4接地，且在电阻R3和电阻R4之间通过电阻R6连接有三极管Q4的B极，三级管Q4的E极接地，三极管Q4的C极与MOS管Q2的G极相连，所述的工作电压Vsupply依次通过MOS管Q2的D极、S极以及电阻R10，并与串联设置的法拉电容FC1以及法拉电容FC2相连形成通路，同时在MOS管Q2的G极与S极之间还设有电阻R9。
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