一种电路及其操作方法及相应的车灯和车辆
阅读说明：本技术 一种电路及其操作方法及相应的车灯和车辆 (Circuit, operation method thereof, corresponding car lamp and car ) 是由 朱清锋 刘丹 林海波 龚天勋 于 2018-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明为一种电路及其操作方法及相应的车灯和车辆,一个实施例的目的是处理可能出现的恶劣的电压波形,从而更有效地保护相应的工作电路。根据本发明的一种电路100,所述电路100包括：第一箝压部110；和第二箝压部120；其中,所述第一箝压部110对所述电路的逆向电压进行箝制；所述第二箝压部120可对所述电路中的正向电压进行箝制。(The present invention is directed to a circuit, method of operating the same, and corresponding vehicle lamp and vehicle, and an object of one embodiment is to handle a harsh voltage waveform that may occur, thereby more effectively protecting the corresponding operating circuit. According to a circuit 100 of the present invention, the circuit 100 comprises: a first voltage clamping portion 110; and a second voltage clamping portion 120; wherein, the first voltage clamping part 110 clamps the reverse voltage of the circuit; the second voltage clamping part 120 can clamp the forward voltage in the circuit.)
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体地，涉及对电子设备进行保护的电路及其操作方法及相应的车灯和车辆。
背景技术
车载供电环境中，汽车电子设备很可能会由于汽车内燃机启动点火、感性负载断开、并联负载电流等等多种原因，出现突然中断等情况，而导致其电源实际输入电压波形恶劣。例如ISO7637-2标准模拟了一些恶劣情况下的电源的输入电压波形，然而，虽然有些电路可以处理该标准下的恶劣波形，但对另一些可能出现的，更加严峻的输入电压波形则存在着一些问题。尤其对于某些车系标准下的波形，当前使用的电路的应对效果并不理想。
由于瞬时逆向电压引起的脉冲电流，不仅会影响电路性能，还可能对电路元件造成损害甚至毁损。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个实施例解决的问题之一是处理可能出现的恶劣的电压波形，从而更有效地保护相应的工作电路。
根据本发明的一个实施例，提供了一种电路100，所述电路100包括：
第一箝压部110；和
第二箝压部120；其中，所述第一箝压部110对所述电路的逆向电压进行箝制；所述第二箝压部120可对所述电路中的正向电压进行箝制。
根据本实施例的方案，对逆向电压和正向电压都能实现有效的钳制，避免由于电压过大造成的问题。
根据本实施例的一个方面，当逆向电压大于所述电路100的预定箝压值时，所述第一箝压部110将所述逆向电压箝制在所述预定箝压值；当所述逆向电压小于所述预定箝压值时，所述第一箝压部110关断，以使所述电路100断开。
根据本实施例的方案，能够对逆向电压，尤其是瞬间逆向电压进行有效的箝制，并当逆向电压小于预定箝压值时，断开电路，避免该逆向电压损伤该电路中的元件。
根据本实施例的又一个方面，所述电路100的电路输入端1001与所述第一箝压部110的第一输入端1101相连，所述第一箝压部110的第一输出端1101与第二箝压部120的第二输入端1201连接，第二箝压部120的第二输出端1202与所述电路100的电路输出端1002连接。
根据本实施例的方案，通过第一箝压部110与第二箝压部120的串联，使得当第一箝压部110关断时，整个电路100能够断开。
根据本实施例的又一个方面，所述第一箝压部110中包括第一单向TVS，所述第二箝压部包括第二单向TVS，其中，所述第一单向TVS的第一输入端1101与所述电路100的电路输入端1001相连，所述第一单向TVS的第一输出端1102与所述第二单向TVS的第二输入端1201相连，所述第二单向TVS的第二输出端1202与所述电路100的电路输出端1002相连。
根据本实施例的方案，通过充分利用单向TVS的元件特性，实现对逆向电压和正向电压的箝制。
根据本实施例的又一个方面，所述电路100还包括辅助部130，用于辅助保护所述电路100。
根据本实施例的方案，该辅助部用于实现对于该电路的其他改进效果，例如可以对所述电路中的元件进行保护，减少诸如ESD和漏电泄出对于所述电路的影响等，保证该电路的稳定性。
根据本实施例的又一个方面，所述电路100还包括其他保护部140，所述其他保护部140一端与所述第一箝压部110的输出端1102和所述第二箝压部120的输入端1201相连，所述其他保护部140的另一端与所述第二箝压部120的输出端1202相连。
根据本实施例的又一个方面，所述其他保护部140包括一抛负载保护电路。
根据本实施例的又一个方面，所述抛负载保护电路基于NMOS或者PMOS来实现。
根据本实施例的方案，其他保护部包括针对其他恶劣波形进行保护的电路，根据本方案的电路能够方便的包含其他保护部，从而实现能够应对多种恶劣波形的电路。尤其是对于常见的抛负载保护电路，能够容易的结合，并保证其仍然能够实现原有的保护功能。
根据本实施例的又一个方面，所述电路100可连接至一工作电路200，其中，所述工作电路200的输入部与所述第二箝压部120的第二输入端1201连接，所述工作电路200的输出部与所述第二箝压部120的第二输出端1202连接。
根据本本发明的又一个实施例，提供了一种电路100的操作方法，其中，所述电路100如前述实施例所述，其中，所述方法包括以下步骤：
- 对所述电路100施加逆向电压，当所述逆向电压大于所述预定电压值时，所述第二箝压部120导通，所述第一箝压部110将所述逆向电压箝制在预定电压值；当所述逆向电压小于所述预定箝压值时，所述第一箝压部110关断，以使所述电路100断开。
根据本实施例的一个方面，所述方法还包括以下步骤：
- 对所述电路100施加正向电压，其中，所述第一箝压部110导通，所述第二箝压部120对所述正向电压进行箝制。
根据本实施例的方案，同时能够保证正向电压过压时，对相应的工作电路进行保护，实现其正常工作。
根据本发明的一个方面，提供了一种车灯，所述车灯包括所述电路100。
根据本发明的又一个方面，提供了一种车辆，所述车辆包括所述车灯。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：根据本发明的方式，降低了对于电路中的元件的耐压性的要求，从而降低了整个电路的成本，并且，与此同时，能够实现较好的针对场衰减脉冲以及相似波形的瞬时逆向电压的保护功能。确保车载电子设备能够正常运行。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种电路的电路示意图；
图2示出了根据本发明的又一个实施例的一种电路的电路示意图；
图3示出了根据本发明的又一个实施例的一种电路的电路示意图；
图4示出了根据本发明的又一个实施例的一种包含抛负载保护的的电路示意图；
图5示出了根据本发明的又一个实施例的又一种包含抛负载保护的的电路示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的一种逆向电压脉冲的波形示意图。
附图标记列表：
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的电路，用于在恶劣波形下保护车载电子设备。
优选地，根据本发明的电路被包含在车辆的车灯中。
其中，根据本方案所述的恶劣波形具有以下至少任一项特性的波形：
1）逆向电压波峰值较大；
2）逆向电压持续时间长。
优选地，参考图6。图6示意出了根据本发明的电路所适应的一种电压波形图。
其中，如图6所示的脉冲， Vs为其逆向峰值，Vp为其逆向峰值后开始衰减时的逆向电压，ta为Vs的持续时间，tb为Vp衰减至0的持续时间，tc为0v持续时间，td为该场衰减脉冲周期时间。
更具体地，其中，脉冲周期td为2s，所述Vs最大可至-600V，其持续时间ta可在0.1～1.5ms，Vs为-120V至-100V左右，其持续时间tb最长可在20ms左右，tc可在15ms左右。
本领域技术人员可以理解，所述恶劣波形不限于图6所示的波形，还包括所有满足上述条件1）和2）的波形，或者与图6相同或相近的波形。
根据本发明的一个实施例，参考图1，图1示意出了根据本发明的一个实施例的一种电路的电路示意图。
如图1所示的电路100包括第一箝压部110和第二箝压部120。其中，所述第一箝压部110对所述电路的逆向电压进行箝制；所述第二箝压部120可对所述电路中的正向电压进行箝制。
根据本发明的方法，对所述电路100施加逆向电压，当所述逆向电压大于所述预定电压值时，所述第二箝压部120导通，所述第一箝压部110将所述逆向电压箝制在预定电压值；当所述逆向电压小于所述预定箝压值时，所述第一箝压部110关断，以使所述电路100断开。
并且，对所述电路100施加正向电压时，第一箝压部110导通，当所述正向电压大于所述第二箝压部120的箝压值时，所述第二箝压部120对所述正向电压进行箝制。
其中，该预定箝压值可基于第一箝压部110对应的元件型号参数来确定。
优选地，当所述第二箝压部包括对逆向电压的箝压部件时，该预定箝压值可基于第一箝压部110和第二箝压部120分别对应的元件的型号参数来确定。
其中，所述电路100的电路输入端1001与所述第一箝压部110的第一输入端1101相连，所述第一箝压部110的第一输出端1102与第二箝压部120的第二输入端1201连接，第二箝压部120的第二输出端1202与所述电路100的电路输出端1002连接。
其中，所述电路输入端1001为该电路100在正常工作电压下，电路电源的正极端，电路输出端1002为在正常工作电压下，电路电源的负极端。
其中，所述第一箝压部110包括一单向TVS。
优选地，所述第一箝压部110包括：一单向TVS，以及与该单向TVS串联且不影响其工作特性的其他电路元件。
其中，所述第二箝压部120包括一单向TVS。
优选地，所述第二箝压部包括：一单向TVS；以及与该一单向TVS串联且不影响其工作特性的其他电路元件。
根据本发明的一个实施例，第一箝压部110包括第一单向TVS，所述第二箝压部120包括第二单向TVS，其中，第一单向TVS的第一输入端1101与所述电路100的电路输入端1001相连，所述第一单向TVS的第一输出端1102与所述第二单向TVS的第二输入端1201相连，所述第二单向TVS的第二输出端1202与所述电路100的电路输出端1002相连。
其中，在该实施例中，第一单向TVS的阳极对应第一输入端1101，阴极对应第一输出端1102，第二单向TVS的阴极对应第二输入的1201，阳极对应第二输出端1202。
继续参考图1，根据本发明的电路100可与工作电路200连接，以在前述恶劣波形发生时保护该工作电路200。
其中，工作电路200的输入部与所述第二箝压部120的第二输入端1201连接，所述工作电路200的输出部与所述第二箝压部120的第二输出端1202连接。
所述工作电路200包括各种电子设备，如LED灯等所处的工作电路。优选地，所述工作电路200包括与各种车载电子设备相应的工作电路。根据本发明的一个实施例，参考图2，图2示意出了根据本发明的一个实施例的一种电路的电路示意图。
根据图2所示的实施例的一个实现方案，电路100中的第一箝压部110为第一单向TVS D1，第二箝压部120为第二单向TVS D2，其中，D1的箝压值为-100V，D2的箝压值为-36V。电路100的预定箝压值为-100V。其中，电路100对应的电源电阻会基于逆向电压的改变而改变，其中，当逆向电压在-600V左右时，电源电阻为300欧姆，在逆向电压-100～-120V左右时，电源电阻为5欧姆。
在该电路100两端施加如图6所示的场衰减脉冲，当从正常工作电压突然降至逆向电压峰值-600V时，第二箝压部D2导通，第一箝压部D1将电路100的电压箝制在-100V，此时脉冲电压为：
(600V-100V)/300Ω=1.67A；
持续时间约为0.5～1.5毫秒。
随后，当该场衰减脉冲的逆向电压小于-100V时，第一箝压部D1关断，以使得电路100整体断开。
本领域技术人员应可理解，基于该实施例的方案，通过采用单向TVS作为第一箝压部，能够有效地对较大的逆向电压峰值进行箝制，并在-100V左右的时候直接切断电路，从而使得电路100整体断开，如此，与第二箝压部并联的工作电路200不会受到该瞬时逆向电压的影响，从而有效的保护车载电子设备。
作为一个优选方案，根据该实施例的电路100除了第一箝压部110和第二箝压部120，还可包括一辅助部130。
其中，辅助部130用于提供辅助防护功能。优选地，辅助部130可包括除了针对恶劣波形脉冲保护之外的其他输入保护电路。
更优选地，所述辅助部130具有以下至少任一项功能：
1）静电击穿防护功能；
2）漏电泄出防护功能。
其中，所述辅助部130包括具有相应防护功能的元件。优选地，所述辅助部包括：
1）至少一个能提供静电击穿保护（ESD）的元件；例如，电容等；
2）至少一个能提供漏电泄出保护的元件；例如，电阻等。
优选地，所述辅助部130还可包括多个上述元件的组合电路。例如，多个电容的串联和/或并联电路，多个电阻的串联和/或并联电路，或者，多个电容和多个电阻的串联/并联电路等。
并且，本领域技术人员容易理解，所述辅助部包括但不限于上述提到的能够实现防护功能的元件，还可包括其他电路电气元件，诸如开关、二极管、三极管等等。
更优选地，所述辅助部130可包括第一子辅助部1301和/或第二子辅助部1302。其中，第一子辅助部1301用于对电路100整体提供辅助保护。第二子辅助部1302用于对第二箝压部提供辅助保护。
其中，第一子辅助部1301的输入端与电路输入端1001相连，第一子辅助部1301的输出端与电路输出端1002相连。
第二子辅助部1302的输入端与第二箝压部120的第二输入端1201相连，其输出端与第二箝压部120的第二输出端1201相连。
参考图3，其中，第一箝压部110包括单向TVS D1，第二箝压部120包括一单向TVSD2，辅助部130包括第一子辅助部1301和第二子辅助部1302，其中，第一子辅助部1301包括并联的电容C1和电阻R1，第二子辅助部1302包括并联的两个电容C2和C3。
其中，电容C1用于对电路100整体进行静电放电保护（ESD保护），电容C2和C3用于对其之后的工作电路200进行BCI测试保护，电阻R1用于泄放漏电流。
本领域技术人员容易理解，通过包含上述辅助部130，能够有效地实现对于电路100或第二箝压部120的ESD防护，或则泄放漏电流，从而更加有效的保护电路100中的各个元件。并且，通过保护电容C2和C3，能够更有效地为工作电路200部分进行BCI测试保护。
作为又一个优选方案，根据本发明的电路100还可包括一其他保护部140。该其他保护部140与第二箝压部120并联，并在逆向电压时导通。
其中，所述其他保护部140包括至少一个用于对除了前述特性之外的恶劣波形进行处理的输入保护电路。
优选地，该其他保护部140为一抛负载保护（Load Dump Protection）电路。更优选地，该抛负载保护电路可以基于NMOS或PMOS元件来实现。
向根据该优选方案的电路100加载如图6所示的场衰减脉冲或类似波形的脉冲。
在逆向电压阶段，由于其他保护部140和第二箝压部120均处于导通状态。因此，在逆向电压峰值阶段，如-600V时，仍然由D1将该逆向电压箝制在预定箝压值，如-100V，并在逆向电压降至低于该预定箝压值的情况下，D1关断，从而使整个电路100断开。
在施加正向电压阶段，D1始终导通，当正向电压大于D2的箝压值时，D2将其箝定在自身的箝压值。从而避免工作电路200承受过高电压。当正向电压小于D2的箝压值时，D2断开，此时由其他保护部140承担对工作电路200的保护功能。亦即，诸如抛负载脉冲的等。
具体地，参考图4和图5。
图4示意出了根据本发明的又一实施例的电路100。根据图4所示实施例的电路100包括第一箝压部110，第二箝压部120，第一子辅助部1301和第二子辅助部1302，以及一其他保护部140。
其中，第一箝压部110包括单向TVS D1，第二箝压部120包括与该单向TVS D1反向的单向TVS D2、第一子辅助部包括电容C1，第二子辅助部包括电阻R6，其他保护部140为一基于NMOS来实现的抛负载保护电路。
具体地，其他保护部140包括NMOS Q1，三极管Q2，二极管D3，齐纳二极管D4、D5，电容C2-C5，以及电阻R1-R5。
其中，本领域技术人员应可理解前述各个元件在抛负载测试中的作用，例如Q1、Q2用于关断电路，D3用于逆向电压保护，C5与R5用于延长电路关断时间，D5为NMOS的保护二极管等。
继续参考图5，图5示意出了根据本发明的又一实施例的电路100。
根据图5所示实施例的电路100包括第一箝压部110，第二箝压部120，辅助部130以及一其他保护部140。
其中，第一箝压部110包括单向TVS D1，第二箝压部120包括与该单向TVS D1反向的单向TVS D2、辅助部130包括电容C1和电阻R1，其他保护部140为一基于PMOS来实现的抛负载保护电路。
具体地，其他保护部140包括三极管Q1、Q3，PMOS Q2，齐纳二极管D3、D4，电容C2、C3，以及电阻R2-R4。
其中，本领域技术人员应可理解前述各个元件在抛负载测试中的作用，例如Q1-Q3用于关断电路，D3用于降低Vbe_Q1的电压以保护Q1，C3与R5用于延长电路关断时间，D4为PMOS的保护二极管等。
基于图4、图5所示的电路，在逆向电压阶段，其中的其他保护部140中的NMOS或PMOS都处于导通状态，并且由于该其他保护部140整体与第二箝压部120处于并联状态，因此该其他保护部140的其他元件不会对D1、D2的工作机制造成影响。
并且，本领域技术人员可根据实际情况与需求，对抛负载电路进行调整，增加、变更或减少其中的电气元件。此种改变不会对本发明的方案造成影响。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：根据本发明的方式，降低了对于电路中的元件的耐压性的要求，从而降低了整个电路的成本，并且，与此同时，仍然能够实现较好的针对诸如图6所示的场衰减电压以及相似波形的瞬时逆向电压的保护功能。确保车载电子设备能够正常运行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
其中，本文中涉及的缩写对照如下表。
