CN220673389U - 一种车载娱乐设备电源输入高效防护*** - 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娱乐设备电源输入高效防护***，包括防反电路，防反电路与防浪涌保护电路相连，防浪涌保护电路与过/欠压瞬态检测保护电路相连，过/欠压瞬态检测保护电路与车载MCU相连。通过分离元器件的搭建可以在车载娱乐设备的电源输入端高效的做到防浪涌、防反接以及过/欠压瞬态检测。解决了现有小型车载娱乐设备的电源输入口使用高频开关保护设备成本过高的问题，做到成本可控、更优。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载娱乐***技术领域内的车载娱乐设备电源输入高效防护***。
背景技术
汽车娱乐***电源输入端在正常使用过程中经常会遇到如下问题①在汽车发动启动瞬间，瞬态冲击电压过高产生浪涌，导致设备内部电源输入端的电子元器件损坏。②在安装设备时，错误的将电源的正负极反接，导致车上的保险丝或者设备损坏。③在电平不稳定的情况下，出现输入电压过压，使电源链路上的芯片损坏。④在电源不稳定的情况下，突然出现欠压，设备内的软件未进行存储，导致用户使用数据丢失。
针对以上的问题，在车载娱乐设备的电源输入链路上增加防浪涌设计、防反接设计、过压及欠压瞬态检测是必要的，从而可以有效的保护设备。一般情况下，通常会使用高频开关这种检测IC来检测***的电流、电压，但是对于小设备来说，成本过高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，通过分离元器件的搭建可以在设备电源输入端高效的做到防浪涌、防反接以及高/欠压瞬态检测，并且成本可控、更优。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，包括防反电路，防反电路与防浪涌保护电路相连，防浪涌保护电路与过/欠压瞬态检测保护电路相连，过/欠压瞬态检测保护电路与车载MCU相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，通过分离元器件的搭建可以在车载娱乐设备的电源输入端高效的做到防浪涌、防反接以及过/欠压瞬态检测。解决了现有小型车载娱乐设备的电源输入口使用高频开关保护设备成本过高的问题，做到成本可控、更优。
作为本实用新型的进一步改进，防反电路包括PMOS管Q1和二极管D1，PMOS管Q1的D极与车载设备电源相连，PMOS管Q1的G极分别与电阻R1的一端和稳压二极管D1的正极相连，PMOS管Q1的S极分别与稳压二极管D1的负极以及防浪涌保护电路相连。
这样使用分离元器件搭建，通过PMOS和稳压二极管配合做到防反功能。在正常情况下，PMOS管的D（漏极）S（源极）间的二极管是导通的，但是在输入电源反接的情况下，PMOS管是处于关闭状态，从而防止设备电源线路短路，保护设备，并且稳压二极管可以做到保护MOS管的G极，防止被击穿从而更加保证该处电路的稳定性和安全性。
作为本实用新型的进一步改进，防浪涌保护电路包括TVS管ZD1, TVS管ZD1的负极分别与稳压二极管D1的负极以及电容C1的一端相连，TVS管ZD1的正极接地，电容C1的一端与电容C3的一端相连，电容C3的一端与电容C5的一端相连，电容C5的一端与电解电容EC1的正极相连，电容C1的另一端与电容C2的一端相连，电容C3的另一端与电容C4的一端相连，电容C5的另一端与电容C6的另一端相连，电容C2的另一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端以及电解电容EC1的负极相互连接并接地，电解电容EC1与电解电容E2并联，电解电容E2的正极与车载电源转换电路相连。
这样使用分离元器件搭建、通过选用大功率TVS管和大容量铝电解电容搭配，抑制和吸收浪涌，将线路上形成的电压控制在某个定值，从而保护后端设备。在浪涌初期，大容量铝电解电容处于充电过程，线路上的电压会缓慢上升。在上升到一定值后达到TVS管的击穿电压后，TVS管瞬间打开吸收浪涌产生的能量，将电压钳制在某个安全的电压限值，从而保护后端IC。
作为本实用新型的进一步改进，过/欠压瞬态检测保护电路包括比较器U1，比较器U1的1号脚和4号脚接地，比较器U1的8号脚分别与车载5V电源、电容C12的一端以及电阻R13的一端相连，电容C12的另一端接地，比较器U1的6号脚分别与电阻R13的另一端以及电阻R14的一端相连，电阻R14与电容C11并联并且其另一端接地；
比较器U1的7号脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与车载5V电源相连，比较器U1的5号脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与电阻R3的一端以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C7的一端相连，电容C7的另一端接地，电容C7的一端与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的基极和发射极之间连接有电阻R5，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别与车载MCU以及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与车载3.3V电源相连；
比较器U1的5号脚还与分别与电阻R11的一端以及电阻R8的一端相连，电阻R11的另一端接地，电阻R11与电容C1O并联，电容C1O与稳压二极管并联，电阻R8的另一端分别与电容C8的一端和电解电容EC1的正极相连，电容C8的另一端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端接地。
这样以比较器为基础，利用比较器滞回的功能，通过监测输入电压和基准电压来实现电压监控，当电压处于上升阶段并且电压突然高于某个电压时，比较器立即输出高电平。当电压处于下降阶段并且电压突然低于某个电压时，比较器立即输出低电平。MCU中断口通过检测比较器输出不同的状态，来判定设备输入端是否处于高压还是欠压状态。由于MCU的中断口处于优先级较高状态，当接收到过压指令后，MCU会立即关断电源输入端的电源IC，使IC处于关闭状态，从而保护芯片，当接收到欠压指令后，MCU会通知SOC进行存储功能，进行软件的备份，在完成备份后进入关机模式。
作为本实用新型的进一步改进，电解电容EC1的正极和电解电容E2的正极之间连接有二极管D3。
这样二极管D3可以防止后端电压反向击穿到前面，从而保护电路。
附图说明
图1为本实用新型电路连接图。
图2为本实用新型电气原理图。
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所示的一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，包括防反电路，防反电路与防浪涌保护电路相连，防浪涌保护电路与过/欠压瞬态检测保护电路相连，过/欠压瞬态检测保护电路与车载MCU相连。
防反电路包括PMOS管Q1和二极管D1，PMOS管Q1的D极与车载设备电源相连，PMOS管Q1的G极分别与电阻R1的一端和稳压二极管D1的正极相连，PMOS管Q1的S极分别与稳压二极管D1的负极以及防浪涌保护电路相连。
防浪涌保护电路包括TVS管ZD1, TVS管ZD1的负极分别与稳压二极管D1的负极以及电容C1的一端相连，TVS管ZD1的正极接地，电容C1的一端与电容C3的一端相连，电容C3的一端与电容C5的一端相连，电容C5的一端与电解电容EC1的正极相连，电容C1的另一端与电容C2的一端相连，电容C3的另一端与电容C4的一端相连，电容C5的另一端与电容C6的另一端相连，电容C2的另一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端以及电解电容EC1的负极相互连接并接地，电解电容EC1与电解电容E2并联，电解电容E2的正极与车载电源转换电路相连。电解电容EC1的正极和电解电容E2的正极之间连接有二极管D3。
过/欠压瞬态检测保护电路包括比较器U1，比较器U1的1号脚和4号脚接地，比较器U1的8号脚分别与车载5V电源、电容C12的一端以及电阻R13的一端相连，电容C12的另一端接地，比较器U1的6号脚分别与电阻R13的另一端以及电阻R14的一端相连，电阻R14与电容C11并联并且其另一端接地。
比较器U1的7号脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与车载5V电源相连，比较器U1的5号脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与电阻R3的一端以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C7的一端相连，电容C7的另一端接地，电容C7的一端与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的基极和发射极之间连接有电阻R5，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别与车载MCU以及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与车载3.3V电源相连。
比较器U1的5号脚还与分别与电阻R11的一端以及电阻R8的一端相连，电阻R11的另一端接地，电阻R11与电容C1O并联，电容C1O与稳压二极管并联，电阻R8的另一端分别与电容C8的一端和电解电容EC1的正极相连，电容C8的另一端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端接地。
本实用新型中，防反电路中的PMOS管Q1的G极与车载电源相连，在正常供电情况下是导通的，同时D1这个稳压管可以将PMOS管的GS端的电压限制在某个值，这样可以有效的防止PMOS管的G极被击穿导致损坏。在非正常情况下，即电源和地反接，PMOS管关闭，整个电路处于关闭状态，这样可以防止前端保险丝短路烧毁。
防浪涌保护电路连接在防反电路之后，浪涌初期对电解电容进行充电，若电解电容为5000uF，后端R为0.9Ω，可以估算出 RC=0.9*5000*10-6=4.5ms（也就是电容充满电需要4.5ms左右）。根据电容充电理论，若当t=RC,Vt=0.63Vu,若当t=2RC,Vt=0.86Vu，从而可以大致得出电解电容端的实时电压，再通过选择合适的TVS管：具体要看TVS管的VB（击穿电压）和VC（钳制电压），VB会小于VC，此时一定要保证钳制电压小于后端电源IC的最大输入值，例如后端IC最大输入电压为40，此时选择的TVS管的VC要小于40V且要留有余量。
过/欠压瞬态检测保护电路利用比较滞回功能，可以做到电压区间检测。例如①当电压处于升压阶段且电压大于Vup时，需要通知MCU目前已经过压，需要做过压操作。②当电压处于降压阶段且电压小于5V时，需要通知MCU目前已经欠压，需要做欠压操作。
利用公式Vup=(VREF*(1MΩ+R11))*R8/((R11*1MΩ)+ VREF +0.6
Vdown= ((((1MΩ+R3)- R11)* VREF * R8)/(R11*(1MΩ+ R3)))+ VREF（其中VREF、R3可以自行设定），可以推导出满足①和②功能所对应的电阻值。
本实用新型通过分离元器件的搭建可以在设备电源输入端高效的做到防浪涌、防反接以及高/欠压瞬态检测，并且成本可控、更优。
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)
1.一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，其特征在于：包括防反电路，防反电路与防浪涌保护电路相连，防浪涌保护电路与过/欠压瞬态检测保护电路相连，过/欠压瞬态检测保护电路与车载MCU相连。
2.根据权利要求1所述的 一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，其特征在于：防反电路包括PMOS管Q1和二极管D1，PMOS管Q1的D极与车载设备电源相连，PMOS管Q1的G极分别与电阻R1的一端和稳压二极管D1的正极相连，PMOS管Q1的S极分别与稳压二极管D1的负极以及防浪涌保护电路相连。
3.根据权利要求2所述的 一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，其特征在于：防浪涌保护电路包括TVS管ZD1, TVS管ZD1的负极分别与稳压二极管D1的负极以及电容C1的一端相连，TVS管ZD1的正极接地，电容C1的一端与电容C3的一端相连，电容C3的一端与电容C5的一端相连，电容C5的一端与电解电容EC1的正极相连，电容C1的另一端与电容C2的一端相连，电容C3的另一端与电容C4的一端相连，电容C5的另一端与电容C6的另一端相连，电容C2的另一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端以及电解电容EC1的负极相互连接并接地，电解电容EC1与电解电容E2并联，电解电容E2的正极与车载电源转换电路相连。
4.根据权利要求3所述的 一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，其特征在于：过/欠压瞬态检测保护电路包括比较器U1，比较器U1的1号脚和4号脚接地，比较器U1的8号脚分别与车载5V电源、电容C12的一端以及电阻R13的一端相连，电容C12的另一端接地，比较器U1的6号脚分别与电阻R13的另一端以及电阻R14的一端相连，电阻R14与电容C11并联并且其另一端接地；
比较器U1的7号脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与车载5V电源相连，比较器U1的5号脚与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与电阻R3的一端以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C7的一端相连，电容C7的另一端接地，电容C7的一端与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的基极和发射极之间连接有电阻R5，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别与车载MCU以及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与车载3.3V电源相连；
比较器U1的5号脚还与分别与电阻R11的一端以及电阻R8的一端相连，电阻R11的另一端接地，电阻R11与电容C1O并联，电容C1O与稳压二极管并联，电阻R8的另一端分别与电容C8的一端和电解电容EC1的正极相连，电容C8的另一端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的 一种车载娱乐设备电源输入高效防护***，其特征在于：电解电容EC1的正极和电解电容E2的正极之间连接有二极管D3。
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