CN220325272U - 一种车载接口多功能高效保护*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了车载娱乐***技术领域内的一种车载接口多功能高效保护***，包括过流检测电路，过流检测电路与防反保护电路相连，防反保护电路分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，过流检测电路还分别与车载电源和车载MCU相连，ESD保护电路与对外输出接口连接，过压/欠压检测电路与车载MCU相连；包含静电保护功能、防反保护功能、过流保护功能、过压保护功能，从而做到真正意义上接口保护、保证机器以及***的正常运行，抵御外在的电气风险。使用分离元器件搭建，充分考虑成本及应用场景，使设计人员在针对不同需求的前提下选择适配保护接口的方案，更加灵活、方便、高效。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载娱乐***技术领域内的一种车载接口多功能高效保护***。
背景技术
目前汽车娱乐***的硬件接口分为对内接口和对外接口，对外接口如果是信号输入或者输出经常会遇到静电、过流导致样机内部芯片（例如MCU或者MCU）损坏。对外接口如果是电源类的输出，经常会遇到静电、过压、过流导致机器内部芯片（例如电源IC）损坏从而导致***失效。
对外接口的保护一般可分为静电保护、防反保护、过流保护、过压保护。针对对外接口的保护以往一般使用保护芯片（例如高频开关、ESD保护IC等）串连到信号线上进行电气性能保护（例如静电、过压、过流），这样的保护一般成本过高且保护单一，无法做到所有兼顾。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供 一种车载接口多功能高效保护***，通过与现有接口电路进行适配，选择合适的保护类型，进行对外接口保护。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种车载接口多功能高效保护***，包括过流检测电路，过流检测电路与防反保护电路相连，防反保护电路分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，过流检测电路还分别与车载电源和车载MCU相连，ESD保护电路与对外输出接口连接，过压/欠压检测电路与车载MCU相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，在现有的接口上增加本设计可以做到各种保护功能，包含静电保护功能、防反保护功能、过流保护功能、过压保护功能，从而做到真正意义上接口保护、保证机器以及***的正常运行，抵御外在的电气风险。使用分离元器件搭建，充分考虑成本及应用场景，使设计人员在针对不同需求的前提下选择适配保护接口的方案，更加灵活、方便、高效。
作为本实用新型的进一步改进，过流检测电路包括三极管Q10，三极管Q10的E极分别与二极管D2和D1的负极相连，二极管D2的正极和二极管D1的正极均与车载电源相连，二极管D1的两端并联有电阻R1，三极管Q10的E极与电阻R2一端相连，电阻R2的另一端经电阻R3与三极管Q10的B极相连，电阻R2的另一端还分别与电阻R4的一端以及MOS管Q12的S极相连，MOS管Q12的D极与防反保护电路相连；
MOS管Q12的G极分别与电阻R14的一端以及电阻R4的另一端相连，电阻R4的另一端还与三极管Q10的C极相连，电阻R14的另一端与三极管Q18的C极相连，三极管Q18的E极接地，三极管Q18的B极分别与电阻R7的一端和电容C1的一端相连，电阻R7的另一端和电容C1的另一端相连并接地，三极管Q18的B极还经电阻R6与车载MCU相连。
使用分离元器件搭建，实时监测接口线束上的电流，通过一个串接电阻将电流值转化为电压值（不同的电阻值可以监控不同的电流值），通过这个电压值实时控制线路上串接的MOS管，当实时电流超过某一设定限值时，会立即反馈成电压信号从而控制MOS管，关闭MOS管，使接口处于关闭状态，保证接口及内部的IC处于安全状态。
作为本实用新型的进一步改进，防反保护电路包括防反二极管D28，防反二极管D28的正极与MOS管Q12的D极相连，防反二极管D28的负极分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，防反二极管D28的正极和负极之间连接有电阻R5。
这样使用分离元器件原件搭建，当输出端遇到接电源或者反接电源时，通过二极管防反的设计，可以防止电压电路反向突兀到内部线路上，从而保证接口及内部的IC处于安全状态。
作为本实用新型的进一步改进，ESD保护电路包括ESD管D40，ESD管D40的一端分别与电容C2的一端以及对外输出接口相连，电容C2的另一端与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与ESD管D40的另一端相连并接地，ESD管D40的一端还分别与防反二极管D2的负极以及过压/欠压检测电路相连。
这样在接口端增加静电保护元件，从而吸收接口端在插拔状态下形成的静电，有效保护接口及内部的IC。
作为本实用新型的进一步改进，过压/欠压检测电路包括三极管Q2和三极管Q1，三极管Q2的B极分别与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端分别与防反二极管D2的负极以及电阻R11的一端相连，电阻R9的另一端分别与三极管Q2的E极以及电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端分别与车载MCU以及三极管Q1的C极相连，三极管Q2的C极分别与电阻R10的一端以及车载MCU相连，电阻R10的另一端接地，三极管Q1的B极与电阻R11的另一端相连，三极管Q1的E极和B极之间连接有电容C4，三极管Q1的E极接地，电容C4与电阻R12并联。
这样使用分离元器件搭建，采样输入信号的电压电平实时监控，当输出电压高于或者低于某个值时，立即向微处理反馈中断信号，由于中断信号在微处理内部权限级别较高，所以微处理器会对接口电路上串接的MOS管进行控制，关闭MOS管，使接口处于关闭状态，保证接口及内部的IC处于安全状态。
附图说明
图1为本实用新型结构框图。
图2为本实用新型电路连接原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
如图1-2所示的一种车载接口多功能高效保护***，包括过流检测电路，过流检测电路与防反保护电路相连，防反保护电路分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，过流检测电路还分别与车载电源和车载MCU相连，ESD保护电路与对外输出接口连接，过压/欠压检测电路与车载MCU相连。
过流检测电路包括三极管Q10，三极管Q10的E极分别与二极管D2和D1的负极相连，二极管D2的正极和二极管D1的正极均与车载电源相连，二极管D1的两端并联有电阻R1，三极管Q10的E极与电阻R2一端相连，电阻R2的另一端经电阻R3与三极管Q10的B极相连，电阻R2的另一端还分别与电阻R4的一端以及MOS管Q12的S极相连，MOS管Q12的D极与防反保护电路相连。
MOS管Q12的G极分别与电阻R14的一端以及电阻R4的另一端相连，电阻R4的另一端还与三极管Q10的C极相连，电阻R14的另一端与三极管Q18的C极相连，三极管Q18的E极接地，三极管Q18的B极分别与电阻R7的一端和电容C1的一端相连，电阻R7的另一端和电容C1的另一端相连并接地，三极管Q18的B极还经电阻R6与车载MCU相连。
防反保护电路包括防反二极管D28，防反二极管D28的正极与MOS管Q12的D极相连，防反二极管D28的负极分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，防反二极管D28的正极和负极之间连接有电阻R5。
ESD保护电路包括ESD管D40，ESD管D40的一端分别与电容C2的一端以及对外输出接口相连，电容C2的另一端与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与ESD管D40的另一端相连并接地，ESD管D40的一端还分别与防反二极管D2的负极以及过压/欠压检测电路相连。
过压/欠压检测电路包括三极管Q2和三极管Q1，三极管Q2的B极分别与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端分别与防反二极管D2的负极以及电阻R11的一端相连，电阻R9的另一端分别与三极管Q2的E极以及电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端分别与车载MCU以及三极管Q1的C极相连，三极管Q2的C极分别与电阻R10的一端以及车载MCU相连，电阻R10的另一端接地，三极管Q1的B极与电阻R11的另一端相连，三极管Q1的E极和B极之间连接有电容C4，三极管Q1的E极接地，电容C4与电阻R12并联。
本实用新型中，多功能接口保护***包含：过压/欠压检测电路、过流检测电路、防反保护电路、ESD保护电路。不管是信号的输入、输出，还是电源的输出，该***从各个保护维度均能做到有效的保护接口及内部IC。
其中过压/欠压检测电路工作原理为：使用分离元器件搭建，采样输入信号的电压电平实时监控，当输出电压高于或者低于某个值时，立即向微处理反馈中断信号，由于中断信号在微处理内部权限级别较高，所以微处理器会对接口电路上串接的MOS管进行控制，关闭MOS管，使接口处于关闭状态，保证接口及内部的IC处于安全状态。
具体电路如图2中Q1、Q2及周边电路：
用于检测输出电压或者突兀输入电压高于某个电压值(U*R12/(R11+R12)>0.6V)，此时UV_OUT_DET检测为0、OV_OUT_DET检测为0，判定为过压，UV_OUT_DE 和OV_OUT_DET 接MCU中断，当MCU检测到00后，会立马对SIG_OUT_CTRL 做出处理，将SIG_OUT_CTRL 设置为低电平，此时Q12 MOS管会关闭，从而保护内部电路。
用于检测输出电压低于某个电压值(（3.3-U）*R9/(R8+R9)>0.6V)，此时UV_OUT_DET检测为1、OV_OUT_DET检测为1，判定为欠压。UV_OUT_DE 和OV_OUT_DET 接MCU中断，当MCU检测到11后，会立马对SIG_OUT_CTRL 做出处理，将SIG_OUT_CTRL 设置为低电平，此时Q12 MOS管会关闭。
过流检测电路工作原理为：使用分离元器件搭建，实时监测接口线束上的电流，通过一个串接电阻将电流值转化为电压值（不同的电阻值可以监控不同的电流值），通过这个电压值实时控制线路上串接的MOS管，当实时电流超过某一设定限值时，会立即反馈成电压信号从而控制MOS管，关闭MOS管，使接口处于关闭状态，保证接口及内部的IC处于安全状态。
具体电路如图2中Q10及周边电路：
Q10及周边电路主要通过监控通过R2的电流来控制Q12 MOS管的开断。正常情况下，当接口输出电源时，整个链路从D1到MOS管S级的电压均为输出电源电压，此时SIG_OUT_CTRL输出高电平，使Q18的3脚导通拉低，当U*R4(R4+R14)>MOS管的UGS导通电压时，Q12的MOS管打开。通过R2的电流为I（0.6/R2），I*R2为实际R2产生的压降，当压降大于0.6V时，Q10会立即做出反应，将MOS管的G级电压至高，使MOS管关闭。综上所述，通过R2的电流来防止电路过流而对外部IC产生损坏。
防反保护电路工作原理：使用分离元器件原件搭建，当输出端遇到接电源或者反接电源时，通过二极管防反的设计，可以防止电压电路反向突兀到内部线路上，从而保证接口及内部的IC处于安全状态。
具体电路如图2中的D28及周边电路，主要通过D28防止外部电压输入损坏内部元器件及IC。D28选用反向击穿电压为40V的二极管（高反向击穿电压特性）。
ESD保护电路工作原理：在接口端增加静电保护元件，从而吸收接口端在插拔状态下形成的静电，有效保护接口及内部的IC。
具体电路如图2中的D40及周边电路：
主要通过D40与小电容的搭配来解决接口端在插拔情况下的静电效应，D40的击穿电压和钳制电压VC需要根据不同的接口及项目选取适当的ESD管。通过这个设计可以有效的解决静电导致的内部器件电气损坏的问题。
本实用新型解决了现有的接口电路保护单一，无法做到所有兼顾的问题，可以做到与现有接口电路进行适配，选择合适的保护类型进行设计。而且还解决现有接口保护电路使用芯片成本过高的问题，分离元器件搭建的接口保护电路可以做到成本可降、可控。
本实用新型不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种车载接口多功能高效保护***，其特征在于：包括过流检测电路，过流检测电路与防反保护电路相连，防反保护电路分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，过流检测电路还分别与车载电源和车载MCU相连，ESD保护电路与对外输出接口连接，过压/欠压检测电路与车载MCU相连。
2.根据权利要求1所述的 一种车载接口多功能高效保护***，其特征在于：过流检测电路包括三极管Q10，三极管Q10的E极分别与二极管D2和D1的负极相连，二极管D2的正极和二极管D1的正极均与车载电源相连，二极管D1的两端并联有电阻R1，三极管Q10的E极与电阻R2一端相连，电阻R2的另一端经电阻R3与三极管Q10的B极相连，电阻R2的另一端还分别与电阻R4的一端以及MOS管Q12的S极相连，MOS管Q12的D极与防反保护电路相连；
MOS管Q12的G极分别与电阻R14的一端以及电阻R4的另一端相连，电阻R4的另一端还与三极管Q10的C极相连，电阻R14的另一端与三极管Q18的C极相连，三极管Q18的E极接地，三极管Q18的B极分别与电阻R7的一端和电容C1的一端相连，电阻R7的另一端和电容C1的另一端相连并接地，三极管Q18的B极还经电阻R6与车载MCU相连。
3.根据权利要求2所述的 一种车载接口多功能高效保护***，其特征在于：防反保护电路包括防反二极管D28，防反二极管D28的正极与MOS管Q12的D极相连，防反二极管D28的负极分别与ESD保护电路以及过压/欠压检测电路相连，防反二极管D28的正极和负极之间连接有电阻R5。
4.根据权利要求3所述的 一种车载接口多功能高效保护***，其特征在于：ESD保护电路包括ESD管D40，ESD管D40的一端分别与电容C2的一端以及对外输出接口相连，电容C2的另一端与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与ESD管D40的另一端相连并接地，ESD管D40的一端还分别与防反二极管D2的负极以及过压/欠压检测电路相连。
5.根据权利要求4所述的 一种车载接口多功能高效保护***，其特征在于：过压/欠压检测电路包括三极管Q2和三极管Q1，三极管Q2的B极分别与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端分别与防反二极管D2的负极以及电阻R11的一端相连，电阻R9的另一端分别与三极管Q2的E极以及电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端分别与车载MCU以及三极管Q1的C极相连，三极管Q2的C极分别与电阻R10的一端以及车载MCU相连，电阻R10的另一端接地，三极管Q1的B极与电阻R11的另一端相连，三极管Q1的E极和B极之间连接有电容C4，三极管Q1的E极接地，电容C4与电阻R12并联。
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