电源防护电路及电源防护系统

文档序号:860761 发布日期:2021-03-16 浏览:3次 >En<

阅读说明:本技术 电源防护电路及电源防护系统 (Power protection circuit and power protection system ) 是由 潘琪 于 2020-12-14 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种电源防护电路及电源防护系统。该电源防护电路包括:过流保护模块,与所述电源防护电路的输入端相连接,用于防止浪涌及短路;电压监测模块,与所述过流保护模块相连接,用于监测电源电压,以及当所述电源电压低于预设低压值时,控制所述电源断开;滤波模块,与所述电压监测模块相连接,用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;浪涌防护模块,与所述滤波模块相连接,用于当输入所述浪涌防护模块的电压高于预设高压值时,控制所述电源断开;CE防护模块,用于防止所述电源内的开关频率串扰到外部电路。该电源防护电路及电源防护系统损坏比率低、设计成本低,并且能够通过ISO7637测试标准和欧美的CE认证。(The invention relates to a power supply protection circuit and a power supply protection system. The power protection circuit includes: the overcurrent protection module is connected with the input end of the power supply protection circuit and used for preventing surge and short circuit; the voltage monitoring module is connected with the overcurrent protection module and used for monitoring the power supply voltage and controlling the power supply to be disconnected when the power supply voltage is lower than a preset low-voltage value; the filtering module is connected with the voltage monitoring module and is used for absorbing voltage spikes of partial frequency bands of surge and static electricity; the surge protection module is connected with the filtering module and used for controlling the power supply to be disconnected when the voltage input into the surge protection module is higher than a preset high voltage value; and the CE protection module is used for preventing the switching frequency in the power supply from crosstalk to an external circuit. The power protection circuit and the power protection system have low damage ratio and low design cost, and can pass ISO7637 test standard and CE certification of Europe and America.)

电源防护电路及电源防护系统

技术领域

本发明涉及车辆电子技术领域,特别是涉及一种电源防护电路及电源防护系统。

背景技术

随着车辆电子技术的发展,使得大量的车载电子设备广泛应用于汽车,如车载导航无线通信系统、车载红外高清摄像系统、车载照明系统、车载防盗系统、车载空调系统、车门控制系统等。各种各样的车载电子设备稳定工作,相互之间配合,需要有稳定的供电系统。因此,高性能的车载电源设计是车载电子设备可靠工作的保障。国际标准ISO7637规定了车载电子设备浪涌测试标准,只有严格通过该标准的测试才有可能保证在实际工作中,电源电路可靠持久。

目前,大多数车载电源系统通过电源前端TVS管(瞬态电压抑制二极管),单片机系统去控制开关电源,这些芯片具有较宽的电压输入范围,但是实践表明如果电源输入部分的处理不当,仍然具有很高的损坏比率,且设计成本较高。

发明内容

基于此,有必要提供一种损坏比率低、设计成本低,并且能够通过ISO7637测试标准和欧美的CE认证的电源防护电路及电源防护系统。

本申请提供一种电源防护电路,包括:

过流保护模块,与所述电源防护电路的输入端相连接,用于防止浪涌以及短路;

电压监测模块,与所述过流保护模块相连接,用于监测电源电压,以及当所述电源电压低于预设低压值时,控制所述电源断开;

滤波模块,与所述电压监测模块相连接,用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;

浪涌防护模块,与所述滤波模块相连接,用于当输入所述浪涌防护模块的电压高于预设高压值时,控制所述电源断开;

CE防护模块,所述CE防护模块的第一端与所述浪涌防护模块相连接,所述CE防护模块的第二端与所述电源防护电路的输出端相连接,用于防止所述电源内的开关频率串扰到外部电路。

上述实施例中提供的电源防护电路中,过流保护模块用于防护浪涌及可能出现的短路等大电流情况;电压监测模块用来实时监测电源电压,根据所述电源电压的读取值,来控制主电源的通断,在低压情况下主动切断电源,从而使得电源电量不会被终端机器消耗;滤波模块用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;浪涌防护模块用于实现过压保护;CE防护模块用于防止DC-DC的开关频率串扰到外部电源上,导致CE测试失败。本申请提供的电源防护电路损坏比率低、设计成本低,通过完成上述过流、电压监测、滤波、过压及CE电磁防护,使得电源能够输出安全可靠的稳定电压,保证系统的可靠运行,并且能够通过ISO7637测试和欧美的CE认证的所有标准。

在其中一个实施例中,所述过流保护模块包括保险丝。

在其中一个实施例中,所述电压监测模块包括:

第一电压监测电阻,所述第一电压监测电阻靠近所述过流保护模块的一端与所述滤波模块的第一端相连接;

第二电压监测电阻,所述第二电压监测电阻靠近第一电压监测电阻的一端与所述第一电压监测电阻远离所述过流保护模块的一端相连接,所述第二电压监测电阻远离所述第一电压监测电阻的一端与所述滤波模块的第二端相连接;

第一电压监测电容,与所述第二电压监测电阻并联,所述第一电压监测电容的一端与所述第二电压监测电阻远离所述第一电压监测电阻的一端及所述滤波模块的第二端相连接,另一端与所述第二电压监测电阻与所述第一电压监测电阻相连接的一端相连接。

在其中一个实施例中,所述电压监测模块还包括第一瞬态电压抑制二极管,所述第一瞬态电压抑制二极管的正极与所述第二电压监测电阻远离所述第一电压监测电阻的一端相连接,所述第一瞬态电压抑制二极管的负极与所述第二电压监测电阻靠近第一电压监测电阻的一端相连接。

在其中一个实施例中,所述滤波模块包括滤波电容。

在其中一个实施例中,所述浪涌防护模块包括:

吸收电阻,所述吸收电阻的第一端与所述滤波模块的第一端相连接;

稳压管,所述稳压管的负极与所述吸收电阻的第二端相连接,所述稳压管的正极与所述滤波模块的第二端相连接;

限流电阻,所述限流电阻的第一端与所述吸收电阻的第二端及所述稳压管的负极相连接;

开关三极管,所述开关三极管的基极与所述限流电阻的第二端相连接;

第一分压电阻,所述第一分压电阻与所述开关三极管并联,所述第一分压电阻的第一端与所述开关三极管的发射极、所述吸收电阻的第一端及所述滤波模块的第一端相连接,所述第一分压电阻的第二端与所述开关三极管的集电极相连接;

MOS管,用于当输入电压高于预设高压值时被关断,所述MOS管的源极与所述开关三极管的发射极、所述吸收电阻的第一端、所述滤波模块的第一端及所述第一分压电阻的第一端相连接,所述MOS管的栅极与所述开关三极管的集电极及所述第一分压电阻的第二端相连接,所述MOS管的漏极与所述CE防护模块相连接;

第二分压电阻,所述第二分压电阻的第一端与所述MOS管的栅极、所述第一分压电阻的第二端及所述开关三极管的发射极相连接,所述第二分压电阻的第二端接地。

在其中一个实施例中,所述浪涌防护模块包括:

第二瞬态电压抑制二极管,所述第二瞬态电压抑制二极管的第一端与所述滤波模块的第一端相连接,所述第二瞬态电压抑制二极管的第二端与所述滤波模块的第二端相连接;

跳线电感,所述跳线电感的第一端与所述第二瞬态电压抑制二极管的第一端及所述滤波模块的第一端相连接,所述跳线电感的第二端与所述CE防护模块相连接。

在其中一个实施例中,所述CE防护模块包括:

第一CE防护电容,所述第一CE防护电容的第一端与所述浪涌防护模块相连接;

第二CE防护电容,所述第二CE防护电容的第一端与所述第一CE防护电容的第二端相连接,所述第二CE防护电容的第二端接地;

第三CE防护电容,所述第三CE防护电容的第一端与所述第一CE防护电容的第一端及所述浪涌防护模块的第一端相连接;

第四CE防护电容,所述第四CE防护电容的第一端与所述第三CE防护电容的第二端相连接,所述第四CE防护电容的第二端接地;

CE防护电感,所述CE防护电感的第一端与所述第一CE防护电容的第一端、所述第三CE防护电容的第一端及所述浪涌防护模块的第一端相连接;

第五CE防护电容,所述第五CE防护电容的第一端与所述CE防护电感的第二端相连接,所述第五CE防护电容的第二端接地。

在其中一个实施例中,还包括防反接模块,所述防反接模块的第一端与所述电源的电流输入端相连接,所述防反接模块的第二端与所述过流保护模块相连接,用于防止电源正负极反接。

本申请还提供一种电源防护系统,包括上述任一实施例中所述的电源防护电路。

上述实施例中提供的电源防护电路及电源防护系统,过流保护模块用于防护浪涌及可能出现的短路等大电流情况;电压监测模块用来实时监测电源电压,根据所述电源电压的读取值,来控制主电源的通断,在低压情况下主动切断电源,从而使得电源电量不会被终端机器消耗;滤波模块用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;浪涌防护模块用于实现过压保护;CE防护模块用于防止DC-DC的开关频率串扰到外部电源上,导致CE测试失败。本申请提供的电源防护电路损坏比率低、设计成本低,通过完成上述过流、电压监测、滤波、过压及CE电磁防护,使得电源能够输出安全可靠的稳定电压,保证系统的可靠运行,并且能够通过ISO7637测试和欧美的CE认证的所有标准。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案,下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例中提供的电源防护电路的电路图。

附图标记说明:

1-过流保护模块,2-电压监测模块,3-滤波模块,4-浪涌防护模块,5-CE防护模块,6-防反接模块。

具体实施方式

为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。

可以理解,本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件,但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说,在不脱离本申请的范围的情况下,可以将第一电压监测电阻称为第二电压监测电阻,且类似地,可将第二电压监测电阻称为第一电压监测电阻。第一电压监测电阻和第二电压监测电阻两者都是电压监测电阻,但其不是同一电压监测电阻。

可以理解,以下实施例中的“连接”,如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递,则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是,术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在,但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图1所示,本申请提供一种电源防护电路,包括:

过流保护模块1,与所述电源防护电路的输入端相连接,用于防止浪涌以及短路;

电压监测模块2,与过流保护模块1相连接,用于监测电源电压,以及当所述电源电压低于预设低压值时,控制所述电源断开;

滤波模块3,与电压监测模块2相连接,用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;

浪涌防护模块4,与滤波模块3相连接,用于当输入浪涌防护模块4的电压高于预设高压值时,控制所述电源断开;

CE防护模块5,CE防护模块5的第一端与浪涌防护模块4相连接,CE防护模块5的第二端与所述电源防护电路的输出端相连接,用于防止所述电源内的开关频率串扰到外部电路。

上述实施例中提供的电源防护电路中,过流保护模块1用于防护浪涌及可能出现的短路等大电流情况;电压监测模块2用来实时监测电源电压,根据所述电源电压的读取值,来控制主电源的通断,在低压情况下主动切断电源,从而使得电源电量不会被终端机器消耗;滤波模块3用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;浪涌防护模块4用于实现过压保护;CE防护模块5用于防止DC-DC的开关频率串扰到外部电源上,导致CE测试失败。本申请提供的电源防护电路损坏比率低、设计成本低,通过完成上述过流、电压监测、滤波、过压及CE电磁防护,使得电源能够输出安全可靠的稳定电压,保证系统的可靠运行,并且能够通过ISO7637测试和欧美的CE认证的所有标准。

在其中一个实施例中,过流保护模块1包括保险丝F1。

具体的,本实施例中,于电源防护电路的输入端使用保险丝F1,用于防护浪涌以及可能出现的短路等大电流情况。优选的,保险丝F1可以为自恢复保险丝(PTC保险丝),使得过流解除后能够自动恢复,避免拆装困难。保险丝F1的选型需要考虑到温升效应,其最大工作电流(Ih)要留有一定的余量,一般来说,车载电源的最大工作电流大约0.55A以内,因此保险丝F1的最大工作电流可以为0.6A-1A,具体可以为0.6A、0.7A、0.8A或0.9A等,本实施例对保险丝F1的最大工作电流并不做限定。

在其中一个实施例中,电压监测模块2包括:

第一电压监测电阻R12,第一电压监测电阻R12靠近过流保护模块1的一端与滤波模块3的第一端相连接;

第二电压监测电阻R11,第二电压监测电阻R11靠近第一电压监测电阻R12的一端与第一电压监测电阻R12远离过流保护模块1的一端相连接,第二电压监测电阻R11远离第一电压监测电阻R12的一端与滤波模块3的第二端相连接;

第一电压监测电容C10,与第二电压监测电阻R11并联,第一电压监测电容C10的一端与第二电压监测电阻R11远离第一电压监测电阻R12的一端及滤波模块3的第二端相连接,另一端与第二电压监测电阻R11与第一电压监测电阻R12相连接的一端相连接。

上述实施例提供的电源防护电路中,电压监测模块2用来实时监测电源电压,根据所述电源电压的读取值,来控制主电源的通断,在低压情况下主动切断电源,从而使得电源电量不会被终端机器消耗。

可选的,在其中一个实施例中,电压监测模块2还包括第一瞬态电压抑制二极管D4,第一瞬态电压抑制二极管D4的正极与第二电压监测电阻R11远离所述第一电压监测电阻R12的一端相连接,第一瞬态电压抑制二极管D4的负极与第二电压监测电阻R11靠近第一电压监测电阻R12的一端相连接。

需要说明的是,上述实施例中的第一瞬态电压抑制二极管D4为预留器件,实际可空贴。

在其中一个实施例中,滤波模块3包括滤波电容C10。

上述实施例提供的电源防护电路中,滤波模块3用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰。滤波电容C10可根据实际的应用选择不同容值,以使得电源符合电磁干扰(EMI)标准。优选的,滤波电容C10可以为250V-0.1uF-1206的高压电容,还可以为高压钽电容,高压铝电解电容等其他符合标准的电容,本实施例对滤波电容C10的型号和容值并不做限定。

于上述实施例提供的电源防护电路中,浪涌防护模块4可以兼容两种浪涌防护方案,下面对两种浪涌防护方案分别进行具体说明:

可选的,在其中一个实施例中,浪涌防护模块4包括:

吸收电阻R42,吸收电阻R42的第一端与滤波模块3的第一端相连接;

稳压管D12,稳压管D12的负极与吸收电阻R42的第二端相连接,稳压管D12的正极与滤波模块3的第二端相连接;

限流电阻R107,限流电阻R107的第一端与吸收电阻R42的第二端及稳压管D12的负极相连接;

开关三极管Q17,开关三极管Q17的基极与限流电阻R107的第二端相连接;

第一分压电阻R108,第一分压电阻R108与开关三极管Q17并联,第一分压电阻R108的第一端与开关三极管Q17的发射极、吸收电阻R42的第一端及滤波模块3的第一端相连接,第一分压电阻R108的第二端与开关三极管Q17的集电极相连接;

MOS管Q8,用于当输入电压高于预设高压值时被关断,MOS管Q8的源极与开关三极管Q17的发射极、吸收电阻R42的第一端、滤波模块3的第一端及第一分压电阻R108的第一端相连接,MOS管Q8的栅极与开关三极管Q17的集电极及第一分压电阻R108的第二端相连接,MOS管Q8的漏极与CE防护模块5相连接;

第二分压电阻R109,第二分压电阻R109的第一端与MOS管Q8的栅极、第一分压电阻R108的第二端及开关三极管Q17的发射极相连接,第二分压电阻R109的第二端接地。

上述实施例提供的电源防护电路,可以通过ISO 7637-2//ISO16750-2的12V/24V对用的所有的浪涌测试标准(最严格参数,比如24V 5a,Us=202V,Ri=1Ω,Td=350ms,Tr=10-5ms),并且可以实现过压防护。一般的车载电源整机最高直流输入电压为36V,可选的,上述实施例提供的电源防护电路当输入电压高于36V时,浪涌防护模块4作用,MOS管Q8被关断,此时后级电路即被切断,实现过压防护。

在另一个实施例中,浪涌防护模块4包括:

第二瞬态电压抑制二极管D9,第二瞬态电压抑制二极管D9的第一端与滤波模块3的第一端相连接,第二瞬态电压抑制二极管D9的第二端与滤波模块3的第二端相连接;

跳线电感L7,跳线电感L7的第一端与第二瞬态电压抑制二极管D9的第一端及滤波模块3的第一端相连接,跳线电感L7的第二端与CE防护模块5相连接。

上述实施例提供的电源防护电路,可以通过ISO 7637-2//ISO16750-2中12V/24V的pulse1-4、12V 5a,使用器件较少,设计成本低。

EN301489是关于无线电设备和服务的相关电磁兼容标准,出口到欧美的电子设备大都需要进行该项目测试,CE作为整机电磁兼容(EMC)性能中的一个重要指标,必须要针对性进行相应的防护设计。大多数产品上的CE干扰源主要是DC-DC的开关频率,因此需要对主电源的输入端进行相关防护设计。下面对CE防护模块5进行具体说明。

在其中一个实施例中,CE防护模块5包括:

第一CE防护电容C71,第一CE防护电容C71的第一端与浪涌防护模块4相连接;

第二CE防护电容C72,第二CE防护电容C72的第一端与第一CE防护电容C71的第二端相连接,第二CE防护电容C72的第二端接地;

第三CE防护电容C73,第三CE防护电容C73的第一端与第一CE防护电容C71的第一端及浪涌防护模块4的第一端相连接;

第四CE防护电容C74,第四CE防护电容C74的第一端与第三CE防护电容C73的第二端相连接,第四CE防护电容C74的第二端接地;

CE防护电感L8,CE防护电感L8的第一端与第一CE防护电容C71的第一端、第三CE防护电容C73的第一端及浪涌防护模块4的第一端相连接;

第五CE防护电容C75,第五CE防护电容C75的第一端与CE防护电感L8的第二端相连接,第五CE防护电容C75的第二端接地。

上述实施例提供的电源防护电路中采用的CE防护方案为π型滤波电路,即C71+C72、C73+C74、C75、L8组成的π型滤波电路,以优化板面积设计。可选的,C71、C72、C73、C74及C75均为36V-60V耐压,上述实施例中优选50V耐压,本实施例对上述CE防护电容的耐压值及容值并不做限定;同样,本实施例对CE防护电感L8的大小也并不做限定。

在其中一个实施例中,电源防护电路还包括防反接模块6,防反接模块6的第一端与滤波模块3相连接,防反接模块6的第二端与浪涌防护模块4相连接,用于防止电源正负极反接。

本申请还提供一种电源防护系统,包括上述任一实施例中所述的电源防护电路。

上述实施例中提供的电源防护电路及电源防护系统,过流保护模块用于防护浪涌及可能出现的短路等大电流情况;电压监测模块用来实时监测电源电压,根据所述电源电压的读取值,来控制主电源的通断,在低压情况下主动切断电源,从而使得电源电量不会被终端机器消耗;滤波模块用于吸收浪涌和静电的部分频段的电压尖峰;浪涌防护模块用于实现过压保护;CE防护模块用于防止DC-DC的开关频率串扰到外部电源上,导致CE测试失败。本申请提供的电源防护电路损坏比率低、设计成本低,通过完成上述过流、电压监测、滤波、过压及CE电磁防护,使得电源能够输出安全可靠的稳定电压,保证系统的可靠运行,并且能够通过ISO7637测试和欧美的CE认证的所有标准。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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