CN217935457U - 一种供电电路和车辆 - Google Patents

Abstract

公开了一种供电电路和车辆。通过在电源供电正常时，开关控制电路控制受控开关关断，以使得电源通过降压电路为处理单元供电，并通过升压电路将电源提供的第一电压升压到第二电压为电容充电，在电源供电异常时，开关控制电路控制受控开关导通，以使得电容放电并通过降压电路为处理单元供电。由此，通过升压电路为电容充电，可以为电容提供较高、较稳定的充电电压，以提升电容存储的能量，并使得电容存储的能量较为稳定，进而可以降低电容的容值，减小电容所占用的空间，使得电容的供电时长较为稳定，提高***的安全性能。

Description

一种供电电路和车辆

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种供电电路和车辆。

背景技术

控制器是一种重要的电子元件，在电子设备中有着广泛的应用，可以执行信号(数据)采集、计算处理、分析判断、决定对策、发出控制指令、指挥执行器工作等任务。控制器需要在一定的供电电压下才可运行，当供电电压异常(例如断电等)时，控制器会立刻停止工作。在一些场景下，控制器由于供电电压异常立刻停止工作可能会给影响***的安全性能，由此，在供电电压异常时，需要控制器再持续工作一段时间，以执行相关任务，例如上传供电异常信息等任务。

现有技术中，通常是在电源接上一个几千微法拉的大电容，在电源突然掉电，可以通过这个几千微法拉的大电容的储能给控制器继续供电，使得控制器再维持工作一段时间。

但是，几千微法拉的大电容所占用的空间(高度和面积)都比较大，同时，电容两端的电压为电源两端的电压，当电源的电压较低时，电容所存储的能量也会降低，进而降低控制器的运行时间，影响***的安全性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种供电电路和车辆，可以减小电容所占用的空间，使得电容的供电时长较为稳定，提高***的安全性能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种供电电路，所述供电电路包括：

电容；

升压电路，连接在电源与所述电容之间，被配置为将所述电源提供的第一电压转换为第二电压为所述电容充电；

处理单元；

降压电路，输入端分别与所述电源和电容连接，被配置为将接收到的输入电压转换为供电电压，所述供电电压用于为所述处理单元供电；

受控开关，与连接至所述电容和所述降压电路之间；以及

开关控制电路，被配置为在所述电源供电正常时，控制所述受控开关关断，以使得所述降压电路的输入电压为所述电源提供的第一电压，在所述电源供电异常时，控制所述受控开关导通，以使得所述降压电路的输入电压为所述电容的输出电压。

在一些实施例中，所述电容的容值较小。

在一些实施例中，所述开关控制电路包括：

第一输入端，与所述电源的输出端连接；

第二输入端，与所述降压电路的输出端连接；

第一电阻，与所述第一输入端连接；

第一开关，与所述第一电阻的另一端连接；

第二电阻，与所述第一开关连接；

第二开关，与所述第二输入端连接；

第三电阻，连接在所述第二开关和接地端之间；

第四电阻，与所述第二开关连接；

第五电阻，连接在所述第四电阻和接地端之间；

第六电阻，与所述电容连接；

第七电阻，与所述第六电阻连接；以及

第三开关，连接在所述第七电阻与接地端之间。

在一些实施例中，所述开关控制电路被配置为响应于所述电源供电正常，所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述第三开关关断，以使得所述受控开关关断。

在一些实施例中，响应于所述电源供电异常，所述第一开关关断，所述第二开关导通，所述第三开关导通，以使得所述受控开关导通。

在一些实施例中，所述第一开关、第二开关、第三开关为三极管，所述受控开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

在一些实施例中，所述升压电路被配置为输出稳定的第二电压。

在一些实施例中，所述降压电路被配置为输出稳定的供电电压。

在一些实施例中，所述处理单元被配置为响应于所述电源供电正常，控制所述升压电路工作。

在一些实施例中，所述处理单元还被配置为响应于所述电源供电异常，控制所述升压电路停止工作。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种车辆，所述车辆包括：

电源，被配置为提供第一电压；以及

如第一方面所述的供电电路。

本实用新型实施例的技术方案通过在电源供电正常时，开关控制电路控制受控开关关断，以使得电源通过降压电路为处理单元供电，并通过升压电路将电源提供的第一电压升压到第二电压为电容充电，在电源供电异常时，开关控制电路控制受控开关导通，以使得电容放电并通过降压电路为处理单元供电。由此，通过升压电路为电容充电，可以为电容提供较高、较稳定的充电电压，以提升电容存储的能量，并使得电容存储的能量较为稳定，进而可以降低电容的容值，减小电容所占用的空间，使得电容的供电时长较为稳定，提高***的安全性能。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是现有技术的供电电路的电路图；

图2是本实用新型一个实施例的车辆的电路图；

图3是本实用新型另一个实施例的车辆的电路图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是现有技术的供电电路的电路图。如图1所示，供电电路包括电源11、DC/DC(直流/直流)降压电路12、控制器13和电容C1。其中，电容C1为几千微法拉的大电容。

进一步地，在电源11正常供电时，DC/DC降压电路12将电源11的输出电压转换为控制器13的供电电压，为控制13供电。同时，电源11的输出电压为电容C1充电。

在电源11供电异常时，电容C1放电，为DC/DC降压电路12提供电压，DC/DC降压电路12将电容C1的输出电压转换为控制器13的供电电压，为控制器13供电，直到电容C1放电结束。

但是，图1所示的现有技术中，电容C1为几千微法拉的大电容，占用的空间较大，使得承载其的电子设备的体积较大。同时，由于电容的所存储的能量是和其两端电压的平方成正比，由此，在电源11的输出电压不稳定时，电容C1两端的电压也不稳定，使得电容C1所存储的能量不稳定，对应地，电容C1的放电时长也不稳定。由此，当电源11的输出电压较低时，电容C1存储的能量较少，放电时长较短，可能导致控制器13没有足够的时间执行对应的操作。

由此，本实用新型提供了一种供电电路，可以减小电容所占用的空间，使得电容的供电时长较为稳定，提高***的安全性能。

应理解，本实用新型实施例的供电电路可以适用于各种领域的电子设备，例如通信设备、数据采集设备、车载设备等。本实用新型实施例仅以车载设备为例进行说明，对应地，供电电路所连接的电源为车载蓄电池。但本实用新型实施例对供电电路的应用场景不做限制，同时，供电电路所连接的电源可以为其它类型的电源，例如，干电池或220V或380V的交流市电等。需要说明的是，当连接的电源为交流电时，可以经由AC/DC(交流/直流)转换电路转换后提供给供电电路。

具体地，图2是本实用新型一个实施例的车辆的电路图。在图2所示的实施例中，车辆包括电源2和供电电路3。其中，电源2用于为所述供电电路提供第一电压V1。供电电路3包括升压电路31、降压电路32、开关控制电路33、处理单元34、电容C2和受控开关Qa。

在本实施例中，电源2用于输入第一电压V1。其中，第一电压V1为直流电压。

当供电电路用于车载设备时，电源2可以为车载蓄电池。

当供电电路用于其它设备时，电源2可以为蓄电池、干电池或者外部供电的电源电路等，其中，外部供电的电源电路可以将外部输入的220V或380V的交流市电转换为第一电压V1。

在一些实施例中，第一电压V1为14V。

在本实施例中，升压电路31连接在电源与所述电容之间，被配置为将所述电源2提供的第一电压V1转换为第二电压V2为所述电容C2充电。

其中，升压电路31为DC/DC(直流/直流)升压电源，对应地，第二电压V2为直流电压。

在一些实施例中，所述升压电路31输出的第二电压V2是固定的，以使得在第一电压V1发生波动时，第二电压V2的值不变。

进一步地，升压电路31包括升压变换器和控制器，其中，升压变换器包括受控开关，控制器通过控制受控开关的占空比调节输出的第二电压。具体来说，在升压电路31工作期间，接收到第一电压V1后，根据第一电压V1和预定的第二电压V2确定升压变换器的受控开关的占空比，以该占空比控制所述升压变换器，以使得输出的第二电压V2稳定。

由于电容C2的所存储的能量是和其两端电压的平方成正比，因此，通过在电容C2和电源2之间设置升压电路，可以选用容值较小电容，从而可以降低所用电容的高度和所占用的面积。

其中，电容C2的容值为几百微法拉，也即，100微法拉到1000微法拉之间的任意值。具体选用的容值可以根据处理单元执行异常流程的时间来确定，如果时间较长，可以选用容值较大的电容，如果时间较短，可以选用容值较小的电容。

由此，通过升压电路输出稳定的第二电压为电容充电，可以使得电容所存储的能量不随电源输出的第一电压波动，使得电容可以始终按照所计算的时间进行供电，提供***的稳定性和安全性。

在一些实施例中，第二电压V2为24V。

在本实施例中，处理单元34被配置为对所述升压电路31提供使能信号。

进一步地，在电源正常供电时，处理单元34向升压电路31发送使能信号，以使得所述升压电路31工作，将电源2提供的第一电压V1转换为第二电压V2为所述电容C2充电。在电源供电异常时，处理单元34向升压电路32发送使能信号，以使得所述升压电路31停止工作。

在本实施例中，降压电路32的输入端分别与所述电源2和电容C2连接，输出端连接至所述处理单元34，被配置为将接收到的输入电压转换为供电电压V3，所述供电电压V3用于为所述处理单元34供电。其中，降压电路32的输入电压为电源2输出的第一电压V2或电容C2输出的第二电压V2。

进一步地，所述降压电路332输出的供电电压V3是固定的，以使得在第一电压V1发生波动时，或者输入信号为第二电压V2时，都可以输出稳定的供电电压V3。

在一些实施例中，供电电压V3为3.3V。

进一步地，降压电路32包括降压变换器和控制器，其中，降压变换器包括受控开关，控制器通过控制受控开关的占空比调节输出的供电电压V3。具体来说，在电源2正常供电时，降压电路32接收到电源2输出的第一电压V1后，根据第一电压V1和预定的供电电压V3确定降压变换器的受控开关的占空比，以该占空比控制所述降压变换器，以使得输出的供电电压V3稳定。在电源2异常供电时，降压电路32接收到电容C2输出的第二电压V2后，根据第二电压V2和预定的供电电压V3确定降压变换器的受控开关的占空比，以该占空比控制所述降压变换器，以使得输出的供电电压V3稳定。

在本实施例中，受控开关Qa连接在升压电路31和降压电路32之间。其中，受控开关Qa可以通过现有的各种受控导通或关断的开关实现，本实用新型实施例以受控开关为MOSFET(金属氧化物半导体晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)为例进行说明。应理解，双极性晶体管(bipolar junction transistor，BJT)或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)也可以适用于本实用新型实施例的技术方案。

在本实施例中，开关控制电路33用于控制所述受控开关Qa导通或关断。

进一步地，开关控制电路33被配置为在所述电源2供电正常时，控制所述受控开关Qa关断，以使得所述降压电路32的输入电压为所述电源3提供的第一电压V1，在所述电源2供电异常时，控制所述受控开关Qa导通，以使得所述降压电路32的输入电压为所述电容C2的输出电压。

具体来说，在所述电源2供电正常时，开关控制电路33控制受控开关Qa关断，此时，降压电路将电源2输出的第一电压V1转换为供电电压V3，为所述处理单元供电，同时，升压电路31将电源2输出的第一电压V1转换为第二电压V2，为电容C2充电。在所述电源2供电异常时，开关控制电路33控制受控开关Qa导通，此时，降压电路将电容C2输出的电压转换为供电电压V3，为所述处理单元供电。

需要说明的是，由于在电源2正常供电时，升压电路31将电源2输出的第一电压V1转换为第二电压V2，为电容C2充电，电容C2两端的电压等于升压电路31输出的第二电压V2，因此，在电容C2放电时，电容C2的放电电压等于所述第二电压V2，因此，本实用新型实施例中将电容C2的放电电压也称之为第二电压V2。

进一步地，图3是本实用新型另一个实施例的车辆的电路图。在图3所示的实施例中，示出了开关控制电路33的具体实现方式，其中，开关控制电路33内设置多个开关，将供电电压V3和电源2输出的第一电压V1作为输入，利用电源2输出的第一电压V1在不同状态下各个开关的导通情况不同，生成不同的控制信号，以控制所述受控开关Qa导通或关断。

具体地，开关控制电路33包括第一输入端a、第二输入端b、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一开关Q1、第二开关Q2和第三开关Q3。

其中，第一输入端a与所述电源2的输出端连接，用于接收第一电压V1。

第二输入端b与所述降压电路32的输出端连接，用于接收供电电压V3。

其中，第一开关Q1、第二开关Q2和第三开关Q3为三极管。更具体地，第一开关Q1和第二开关Q2为PNP三极管，第三开关Q3为NPN三极管。

第一电阻R1的一端连接至第一输入端a，另一端连接至第一开关Q1的发射极，第一开关Q1的集电极接地，第一开关Q1的基极连接第二电阻R2。

第二电阻R2的一端连接至所述第一开关Q1的基极和第二开关Q2的基极，另一端接地。

第二开关Q2的发射极连接至所述第二输入端b，集电极连接至第三电阻R3和第四电阻R4的一端，其中，第三电阻R3的另一端接地，第四电阻R4的另一端连接至第五电阻R5和第三开关Q3的基极。

第五电阻R5连接在第四电阻R4和接地端之间。

第三开关Q3的发射极接地，集电极连接至第七电阻R7的一端和受控开关Qa的控制极。

第六电阻R6连接至受控开关Qa和电容C2之间，第七电阻R7连接在第六电阻R6和第三开关Q3的集电极之间。

进一步地，所述开关控制电路33被配置为响应于所述电源2供电正常，所述第一开关Q1导通，所述第二开关Q2关断，所述第三开关Q3关断，以使得所述受控开关Qa关断。

具体来说，在电源2供电正常时，降压电路32将第一电压V1转换为供电电压V3为处理单元34供电。也即，对于开关控制电路33来说，通过第一输入端a接收到的第一电压V1为正常的电压值，通过第二输出端b接收到的供电电压V3为正常的电压值。此时，第一开关Q1导通，第一电阻R1、第一开关Q1、第二电阻R2形成串联电路，串联电路的一端连接第一电压V1，另一端接地。假设第一开关Q1的钳位电压为0.7V，则第二电阻R2两端的电压为：

其中，V_R2为第二电阻R2两端的电压，V1为第一电压。

通过将第一电阻R1和第二电阻R2设置为合适的值，使得第二电阻R2两端的电压大于供电电压V3。由于第二开关Q2的基极连接至所述第二电阻R2，由此，对于第二开关Q2来说，第二开关Q2的基极电压为第二电阻R2两端的电压，也即，第二开关Q2的基极电压大于供电电压，由于第二开关Q2为PNP型的三极管，由此，此时第二开关Q2关断。在第二开关Q2关断时，第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5两端的电压均为零。由此，对于第三开关Q3来说，基极电压和和发射极电压均为零，第三开关Q3关断。由此，对于第六电阻R6、第七电阻R7和第三开关Q3形成的串联电路来说，串联电路断路，电阻R7两端的电压为零，也即，受控开关Qa的栅极电压为零，由于受控开关Qa为nmos管，栅极电压为高电平时导通，栅极电压为低电平时关断，由此，此时受控开关Qa关断。由此，可以实现在电源2正常供电时，受控开关Qa关断，以使得降压电路32将电源2输出的第一电压V1转换为供电电压V3为所述处理单元34供电。

进一步地，所述开关控制电路33被配置为响应于所述电源2供电异常，所述第一开关Q1关断，所述第二开关Q2导通，所述第三开关Q3导通，以使得所述受控开关Qa导通。

具体地，以电源2供电异常为断电为例进行说明，当电源2突然断电时，降压电路32内部的电感、电容等储能元件使得降压电路32输出的供电电压V3不会立刻降为零，也即，降压电路32在短时间内会维持供电电压V3不变，这个维持时间不足以处理单元34执行相关操作，但可以改变开关电路33的状态。具体来说，对于开关控制电路33，当电源2突然断电时，通过第一输入端a接收到的第一电压V1为零，通过第二输出端b接收到的供电电压V3为正常的电压值。此时，第一开关Q1关断，第一电阻R1、第一开关Q1、第二电阻R2形成的串联电路不再为第二电阻R2提供电压，使得第二开关Q2的基极电压小于发射极电压，由于第二开关Q2为PNP型的三极管，由此，此时第二开关Q2导通。在第二开关Q2导通时，第二开关Q2、第四电阻R4和第五电阻R5形成串联电路，串联电路的一端连接至供电电压V3，另一端接地，使得第五电阻R5两端有一定的电压，也即，第三开关Q3的基极为高电平。由此，对于第三开关Q3来说，基极电压为高电平，发射极电压为零，此时，第三开关Q3导通。由此，对于第六电阻R6、第七电阻R7和第三开关Q3形成的串联电路来说，电容C2放电为串联电路提供电信号，使得电阻R7两端有一定的电压，也即，受控开关Qa的栅极电压为高电平，由于受控开关Qa为nmos管，栅极电压为高电平时导通，栅极电压为低电平时关断，由此，此时受控开关Qa导通。由此，可以实现在电源2异常供电时，受控开关Qa导通，以使得降压电路32将电容C2输出的第二电压V2转换为供电电压V3为所述处理单元34供电。

由此，通过电阻和三极管组成的电路，利用三极管的导通特性，使得电源的输出信号不同时，提供给受控开关的栅极电压不同，以实现对受控开关的导通或关断进行控制，不需要设置额外的控制器即可实现受控开关的控制，降低电路的成本。

应理解，图3所示的开关控制电路仅为本实用新型实施例的一个示例，本实用新型实施例对开关控制电路的实现方式不做限制，其它结构的电路能够实现对受控开关的控制同样适用于本实用新型实施例的技术方案。

还应理解，本实用新型实施例的供电异常不限于电源断电，其它电源输出电源的异常情况同样适用于本实用新型实施例的技术方案，例如，当电源电量不足，输出的第一电压过低不足以维持降压电路正常工作等情况。

在本实施例中，处理单元34在电源2供电异常时，在电容C1供电期间，执行供电异常的流程。例如，处理单元34存储设备当前的状态、上报供电异常信息等。

进一步地，所述处理单元34被配置为在电源2正常供电时，向升压电路31发送使能信号，以触发所述升压电路31开始工作，为所述电容C2充电。所述处理单元34还被配置为在电源2异常供电时，向升压电路31发送使能信号，以触发所述升压电路31停止工作。由此，可以提高对升压电路的控制的灵活性。

在一些实施例中，供电电路还包括电源检测电路，用于检测电源2的供电状态，所述供电状态包括正常供电状态和异常供电状态。在检测到所述电源2为异常供电状态时，处理单元34执行上述供电异常的流程。

其中，所述电源检测电路可以通过电流采样电路、电压采样电路等方式实现，本实用新型实施例对此不做限制。

进一步地，所述处理单元34可以通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、FPGA(Field－ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)来实现。

本实用新型实施例通过在电源供电正常时，开关控制电路控制受控开关关断，以使得电源通过降压电路为处理单元供电，并通过升压电路将电源提供的第一电压升压到第二电压为电容充电，在电源供电异常时，开关控制电路控制受控开关导通，以使得电容放电并通过降压电路为处理单元供电。由此，通过升压电路为电容充电，可以为电容提供较高、较稳定的充电电压，以提升电容存储的能量，并使得电容存储的能量较为稳定，进而可以降低电容的容值，减小电容所占用的空间，使得电容的供电时长较为稳定，提高***的安全性能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种供电电路，其特征在于，所述供电电路包括：

电容；

升压电路，连接在电源与所述电容之间，被配置为将所述电源提供的第一电压转换为第二电压为所述电容充电；

处理单元；

降压电路，输入端分别与所述电源和电容连接，被配置为将接收到的输入电压转换为供电电压，所述供电电压用于为所述处理单元供电；

受控开关，与连接至所述电容和所述降压电路之间；以及

开关控制电路，被配置为在所述电源供电正常时，控制所述受控开关关断，以使得所述降压电路的输入电压为所述电源提供的第一电压，在所述电源供电异常时，控制所述受控开关导通，以使得所述降压电路的输入电压为所述电容的输出电压。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述电容的容值较小。

3.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述开关控制电路包括：

第一输入端，与所述电源的输出端连接；

第二输入端，与所述降压电路的输出端连接；

第一电阻，与所述第一输入端连接；

第一开关，与所述第一电阻的另一端连接；

第二电阻，与所述第一开关连接；

第二开关，与所述第二输入端连接；

第三电阻，连接在所述第二开关和接地端之间；

第四电阻，与所述第二开关连接；

第五电阻，连接在所述第四电阻和接地端之间；

第六电阻，与所述电容连接；

第七电阻，与所述第六电阻连接；以及

第三开关，连接在所述第七电阻与接地端之间。

4.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述开关控制电路被配置为响应于所述电源供电正常，所述第一开关导通，所述第二开关关断，所述第三开关关断，以使得所述受控开关关断。

5.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，响应于所述电源供电异常，所述第一开关关断，所述第二开关导通，所述第三开关导通，以使得所述受控开关导通。

6.根据权利要求3所述的供电电路，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关为三极管，所述受控开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。

7.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述升压电路被配置为输出稳定的第二电压。

8.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述降压电路被配置为输出稳定的供电电压。

9.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述处理单元被配置为响应于所述电源供电正常，控制所述升压电路工作。

10.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述处理单元被配置为响应于所述电源供电异常，控制所述升压电路停止工作。

11.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：

电源，被配置为提供第一电压；以及

如权利要求1-10中任一项所述的供电电路。

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