CN220382759U - 一种低成本车载电源和信号线的浪涌保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低成本车载电源浪涌防护电路，采用TVS管连接在车载电源与后端负载之间，实现浪涌防护功能，提高对后端负载的保护。本实用新型还公开一种低成本信号线浪涌防护电路，采用TSS连接在微控制器与车内CAN总线之间，实现浪涌防护功能，提高对后端负载的保护。此种技术方案采用带浪涌防护的TVS或者TSS进行浪涌防护，具有电路简单、成本低、防护能力强等优点。

Description

一种低成本车载电源和信号线的浪涌保护电路

技术领域

本实用新型属于车联网技术领域，特别涉及一种低成本车载电源和信号线的浪涌保护电路。

背景技术

随着汽车智能化的不断发展，车上的电子设备越来越多，有娱乐多媒体主机、车身控制终端、远程控制终端，360环视等。需要对这些电子设备的接口加以防护，浪涌是造成电子设备元件损坏常见的现象之一。汽车电路中浪涌现象主要有两个来源：一是来自外部环境，比如强雷电天气形成强烈的雷电浪涌；另一个是来自汽车内部的感性负载，比如电机、继电器等。感性负载的接通和关断必然会在电路中产生较大的过电压，其感应电压的数值往往达到电源电压的数倍，造成电子元件的损坏。电路中的浪涌通过线束传递到电子设备，导致元件损坏，严重的可能导致线路短路，引起火灾。

图3所示是现有的一种电源防护电路图，中国专利申请号202222453747.5公开一种运动控制板卡电源防护电路，其输入端与电源连接，输出端与后级电路连接，该防护电路包括依次连接的输入浪涌防护模块、高频干扰信号抑制模块、浪涌干扰信号抑制模块、滤波器模块、后级电路保护模块；

所述输入浪涌防护模块与电源、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从电源接收的初始电源信号中的异常浪涌信号，得到第一电源信号，并传输至高频干扰信号抑制模块；

所述高频干扰信号抑制模块与输入浪涌防护模块、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从输入浪涌防护模块接收的第一电源信号中的高频干扰信号，得到第二电源信号，并传输至浪涌干扰信号抑制模块；

所述浪涌干扰信号抑制模块与高频干扰信号抑制模块、滤波器模块连接，用于吸收从高频干扰信号抑制模块接收的第二电源信号中的浪涌干扰信号，得到第三电源信号，并传输至滤波器模块；

所述滤波器模块与浪涌干扰信号抑制模块、后级电路保护模块连接，用于滤除从浪涌干扰信号抑制模块接收的第三电源信号中的瞬态电流，得到第四电源信号，并传输至后级电路保护模块；

所述后级电路保护模块与滤波器模块、后级电路连接，用于吸收从滤波器模块接收的差模干扰信号，得到第五电源信号，并传输至后级电路。

所述输入浪涌防护模块包括共模浪涌干扰信号吸收模块、差模浪涌干扰信号吸收模块；所述共模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D1、TVS管D3；所述差模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D2；所述IVS管D1一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；所述TVS管D2一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；所述TVS管D3一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间。

所述高频干扰抑制模块包括电容C4、电容C6；所述电容C6一端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接，另一端与地连接；所述电容C4一端与TVS管D1与电源的第三输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第三输出端连接的一端分别连接，另一端与TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接。

所述浪涌干扰信号抑制模块包括差模浪涌干扰抑制信号模块、共模浪涌干扰信号抑制模块；所述差模浪涌干扰信号抑制模块电容C5、电容C7；所述共模浪涌干扰信号抑制模块包括电感L1；所述电容C5一端与电容C4、TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、电感L1的第三连接端、地端连接，另一端与电容C6不与地端连接的一端、TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、电感L1的第二连接端连接；所述电容C7一端与电感L1的第一连接端、滤波器模块的输入端连接，另一端与电感L1的第四连接端、滤波器模块的输入端连接。

所述滤波器模块包括电容C8、电容C9、电感L2；所述电容C8一端与电容C7与电感L1的第一连接端连接的一端、电感L3的输入端连接；另一端与电容C7与电感I1的第四连接端连接的-端连接；所述电容C9一端电感L3的输出端、后级电路保护模块的输入端连接，另--端与电容C8不与电感L3连接的一端、后级电路保护模块的输出端、地端连接。

所述后级电路保护模块包括TVS管D8；所述TVS管D8一端与电容C9与电感L3连接的一端、后级电路的输入端、电源连接，另一端与电容C9不与电感L3连接的一端、地端、后级电路的输入端连接。

所述运动控制板卡电源防护电路还包括自恢复保险丝F1；所述自恢复保险丝F1的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与电感L1的第二连接端、电容C6不与地端连接的一端、电容C5与电感L1的第二连接端连接的一端。

所述运动控制板卡电源防护电路还包括电源反接防护模块；所述电源反接防护模块包括二极管D4；所述二极管D4的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与自恢复保险丝F1的输入端连接。

中国专利申请号202210692051X公开一种RS485接口雷击浪涌防护电路，包括RS485接口和RS485芯片，所述电路还包括：

第一防护器件，其设置于RS485接口的差分信号正负端与PE之间，所述第一防护器件用于对RS485芯片的差分信号正负端执行第一级雷击浪涌防护；

第二防护器件，其设置于RS485接口的差分信号正负端与RS485芯片的差分信号正负端之间，所述第二防护器件用于对RS485芯片的差分信号正负端执行第二级雷击浪涌防护；

第三防护器件，其设置于第二防护器件与内部受保护地之间，所述第三防护器件用于对RS485芯片的差分信号正负端执行第三级雷击浪涌防护。

所述第一防护器件为三极气体放电管，所述第二防护器件为瞬态阻断单元，所述第三防护器件为三端瞬态二极管。

所述RS485接口的接地端与PE直接连接，或者，所述RS485接口的接地端与PE通过1M电阻并联4KV1nF电容连接，其中，所述4KV1nF电容用于建立通高频阻低频的路径，所述1M电阻用于泄放静电。

传统的方式，要么是如前述方案所示，使用复杂的防护电路方案，成本相对较高；要么就是防护能力弱，不能满足要求。因此有待改进，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种低成本车载电源和信号线的浪涌防护电路，电路简单，成本较低，防护能力强。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种低成本车载电源浪涌防护电路，包括保险丝F1、肖特基二极管D1、TVS管D2和滤波电容C1，其中，保险丝F1的一端连接车载电源的正极，保险丝F1的另一端连接肖特基二极管D1的阳极，肖特基二极管D1的阴极分别连接TVS管D2的阴极和滤波电容C1的一端，车载电源的负极分别连接TVS管D2的阳极和滤波电容C1的另一端，并共同接地；所述滤波电容C1的两端分别作为浪涌防护电路的输出端，连接后端负载。

一种低成本信号线浪涌防护电路，包括CAN收发器U2、电阻R1、电阻R2、电容C2、TSSD3和ESDD4，其中，CAN收发器U2的STB引脚连接MCUU1的输出引脚，CAN收发器U2的CANH引脚分别连接电阻R1的一端、TSSD3的一端和ESDD4的一端，CAN收发器U2的CANL引脚分别连接电阻R2的一端、TSSD3的另一端和ESDD4的另一端，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端相连，并共同连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地；所述ESDD4的两端分别作为浪涌防护电路的输出端，连接车外CAN总线。

采用上述方案后，本实用新型采用带浪涌防护的TVS(TransientVoltageSuppressors瞬态电压抑制器)或者TSS(ThyristorSurgeSuppressors晶闸管浪涌抑制器)进行浪涌防护，具有电路简单、成本低、防护能力强等优点。

附图说明

图1是本实用新型电源线浪涌防护电路图；

图2是本实用新型信号线浪涌防护电路图；

图3是一种现有的运动控制板卡电源防护电路图；

图4是一种现有的RS485接口雷击浪涌防护电路图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种低成本车载电源浪涌防护电路，连接在车载电源与后端负载之间，实现浪涌防护功能，提高对后端负载的保护；所述浪涌防护电路包括保险丝F1、肖特基二极管D1、TVS管D2和滤波电容C1，其中，保险丝F1的一端连接车载电源的正极，保险丝F1的另一端连接肖特基二极管D1的阳极，肖特基二极管D1的阴极分别连接TVS管D2的阴极和滤波电容C1的一端，车载电源的负极分别连接TVS管D2的阳极和滤波电容C1的另一端，并共同接地；所述滤波电容C1的两端分别作为浪涌防护电路的输出端，连接后端负载。

在本实施例中，保险丝F1采用高分子自恢复保险丝，它是一种正温度系数聚合物热敏电阻，作过流保护用。电路正常工作时它的阻值很小，当电路出现过流，它温度升高，阻值急剧增大几个数量级，使电路中的电流减小到安全值以下，从而使后面的电路得到保护，过流消失后自动恢复为低阻值。

肖特基二极管D1是用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的，它是一种热载流子二极管。

TVS(TransientVoltageSuppressors瞬态电压抑制器)管D2是一种雪崩二极管，经过专门设计用于钳制电压和耗散高瞬态浪涌，寄生电容高，多用于电源口的过压和浪涌保护。

滤波电容C1采用多层陶瓷电容器，多用于电源滤波和去耦。

工作时，车载电源的输入先经过保险丝F1和肖特基二极管D1，再经过并联的TVS管D2和后端的滤波电容C1，然后再为后端负载供电。当电源输入遭受浪涌干扰时，浪涌信号经过保险丝F1、肖特基二极管D1，触发TVS管D2动作，浪涌信号从TVS管D2到地，吸收浪涌干扰，把后端负载的电压钳制在安全的电压范围内，以此保护后端负载不受浪涌干扰。

如图2所示，本实用新型提供一种低成本信号线浪涌防护电路，连接在微控制器U1与车外CAN总线之间，实现浪涌防护功能，提高对后端负载的保护；所述浪涌防护电路包括CAN收发器U2、电阻R1、电阻R2、电容C2、TSSD3和ESDD4，其中，CAN收发器U2的STB引脚连接MCUU1的输出引脚，CAN收发器U2的CANH引脚分别连接电阻R1的一端、TSSD3的一端和ESDD4的一端，CAN收发器U2的CANL引脚分别连接电阻R2的一端、TSSD3的另一端和ESDD4的另一端，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端相连，并共同连接电容C2的一端，电容C2的另一端接地；所述ESDD4的两端分别作为浪涌防护电路的输出端，连接车内CAN总线。

MCU(MicrocontrollerUnit微控制器)U1采用高性能汽车级微控制器，来实现车联网终端内部各功能模块的管理和控制，含有CAN控制器。

CAN收发器U2采用面向汽车应用的高速CAN收发器，用于连接MCU和车内CAN总线。

电阻R1和电阻R2均采用贴片电阻，是CAN总线的终端匹配电阻。

电容C2采用贴片电容，是CAN总线的终端匹配电容。

TSS(ThyristorSurgeSuppressors晶闸管浪涌抑制器)D3具有快速响应(响应时间ns级)、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。但它的导通特性接近于短路，不能直接用于有源电路中，由于寄生电容较低，多用于信号接口应用保护。

ESDD4是保护器件，保护CAN接口电路免受脉冲、静电的破坏从而失效或降低性能。

工作时，当CAN接口(CANH和CAN_L)遭受浪涌干扰时，触发D3(TSS)管动作，浪涌信号从CAN_H经过D3(TSS)，从CAN_L流出。吸收浪涌干扰，把后端负载的电压钳制安全的电压范围内，以此保护后端负载不受浪涌干扰。

综上所述，可选择带浪涌防护的TVS(TransientVoltageSuppressors瞬态电压抑制器)或者TSS(ThyristorSurgeSuppressors晶闸管浪涌抑制器)进行浪涌防护，具有电路简单、成本低、防护能力强等优点。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (1)

1.一种低成本信号线浪涌防护电路，其特征在于：包括CAN收发器U2、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、电容(C2)、TSS(D3)和ESD(D4)，其中，CAN收发器(U2)的STB引脚连接MCU(U1)的输出引脚，CAN收发器(U2)的CANH引脚分别连接第一电阻(R1)的一端、TSS(D3)的一端和ESD(D4)的一端，CAN收发器(U2)的CANL引脚分别连接第二电阻(R2)的一端、TSS(D3)的另一端和ESD(D4)的另一端，第一电阻(R1)的另一端与第二电阻(R2)的另一端相连，并共同连接电容(C2)的一端，电容(C2)的另一端接地；所述ESD(D4)的两端分别作为浪涌防护电路的输出端，连接车外CAN总线。