一种车载设备系统断电保护装置的制作方法

本发明涉及车载设备技术领域，特别涉及一种车载设备系统断电保护装置。

背景技术：

现有车载设备在车辆点火瞬间可能会失去车载电源的供电，供电设备取自acc电源也可能导致车载设备系统瞬间断电，系统断电可能导致设备损坏或数据丢失，带来损失。因此，车载嵌入式设备在设计时都会考虑系统保护问题。

传统的方法采用备用电池或超级电容直接加在系统电源上，采用备用电池会占用较大位置且成本高，超级电容直接加在系统电源上没有很好的监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种车载设备系统断电保护装置，实现了断电时快速检测，并通过超级电容无缝续电起到了对系统的断电保护。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种车载设备系统断电保护装置，包括：

降压模块，接收汽车电瓶输入并使用dc-dc变换器进行稳压；

电压比较模块，将汽车电瓶输入电压与系统电源电压进行比较，包括一电压比较器；

开关防倒灌模块，将降压模块输出电压与系统电源电压进行隔离，由电压比较模块的输出控制，包括一mos管、一三极管、第一二极管；

超级电容模块，包括串联的第一超级电容和第二超级电容；

充电模块，对系统电源进行稳压，以限流的方式对超级电容进行充电，包括一低压差线性稳压器；

均压模块，对超级电容电压进行稳压，防止电容过充，包括第一三端稳压管、第二三端稳压管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻；

放电隔离模块，将超级电容输出电压与系统电源电压进行隔离，防止系统电源电压倒灌到超级电容，包括第二二极管；

mcu模块，为系统核心cpu，进行电源断电检测；

汽车电瓶输入连接到所述降压模块的输入，所述开关防倒灌模块的输出、汽车电源输入 分别连接到所述电压比较模块的输入，所述降压模块的输出、电压比较模块的输出分别连接到所述开关防倒灌模块的输入，所述开关防倒灌模块的输出连接到所述充电模块的输入，所述充电模块的输出、均压模块的输出分别连接到所述超级电容模块的输入，所述超级电容模块的输出连接到所述放电隔离模块的输入，所述开关防倒灌模块的输出、放电隔离模块的输出连接到所述mcu模块的第一输入端，所述电压比较模块的输出连接到mcu模块的第二输入端。

所述dc-dc变换器连接所述mos管的漏极，所述第一二极管正极与所述mos管漏极相连，所述电压比较器同向输入端连接所述汽车电瓶输入，输出端分别与所述三极管的基极、所述mcu第二输入端连接，所述三极管的集电极与所述mos管的栅极连接，所述mos管的源极分别与所述电压比较器反向输入端、第一二极管的负极、第二二极管的负极、低压差线性稳压器的in端及en端、mcu第一输入端连接，所述低压差线性稳压器的out端分别与所述第二二极管的正极、第一超级电容正极、第一三端稳压管第一端、第六电阻一端连接，所述第一超级电容的负极分别与所述第二超级电容的正极、第一三端稳压管第三端、第二三端稳压管第一端、第七电阻一端、第八电阻一端连接，所述电第六阻另一端与第一三端稳压管第二端连接，所述第八电阻另一端与第二三端稳压管第三端连接，所述第六电阻与第七电阻串联，所述第八电阻与所述第九电阻串联，所述三极管的发射极、低压差线性稳压器的gnd端、第二超级电容负极、第二三端稳压管第三端、电压比较器第四端、第九电阻另一端均接地。

所述电压比较模块还包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻，所述第十电阻与所述第十一电阻串联连接于汽车电瓶输入与地之间，所述第十电阻的一端与所述电压比较器的正向输入端连接，所述第十二电阻与所述第十三电阻串联连接于mos管的源极与地之间，所述第十二电阻的一端与电压比较器的反向输入端连接，所述第十四电阻一端连接电压比较器输出端，另一端分别连接所述电压比较器的第五端、mos管源极。

所述开关防倒灌模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻，所述第一电阻连接于所述mos管的源极与栅极之间，所述第二电阻连接于所述电压比较器与所述三极管基极之间，所述第三电阻连接于所述三极管的基极与发射极之间。

所述充电模块还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第四电阻、第五电阻，所述第四电阻连接于所述低压差线性稳压器out端与byp端之间，所述第二电容与第五电阻并联后连接于所述低压差线性稳压器的byp端与地之间，所述第三电容与所述第四电容并联后连接于所述低压差线性稳压器的out端与地之间，所述第一电容连接于所述低压差线性稳压器u1的en端与地之间。

所述电压比较器为同相电压比较器。

所述mos管为p沟道mos管。

所述三极管为npn三极管。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：不需要备用电池，节省了空间，降低了成本；车载设备在电源不稳定以及突然断电的情况下可保证系统正常运行并正常关机；实现了设备在电源跌落及突发断电时的数据连续性及丢失保护。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种车载设备系统断电保护装置不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明装置的结构框图；

图2为本发明装置的具体电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中，一种车载设备系统断电保护装置，该保护装置与汽车电瓶输入连接，所述的保护装置包括降压模块1、电压比较模块2、开关防倒灌模块3、充电模块4、放电隔离模块5、超级电容模块6、均压模块7、mcu模块8，汽车电瓶输入连接到降压模块1的输入，所述开关防倒灌模块3的输出、汽车电源输入分别连接到电压比较模块2的输入，所述降压模块1的输出、电压比较模块2的输出分别连接到开关防倒灌模块3的输入，所述开关防倒灌模块3的输出连接到充电模块4的输入，所述充电模块4的输出、均压模块7的输出分别连接到超级电容模块6的输入，所述超级电容模块6的输出连接到放电隔离模块5的输入，所述开关防倒灌模块3的输出、放电隔离模块5的输出连接到mcu模块8的输入端1，所述电压比较模块2的输出连接到mcu模块8的输入端2。

具体的，如图2所示，所述降压模块包括dc-dc变换器v1；所述电压比较模块包括电压比较器a1、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14；所述开关防倒灌模块包括mos管q1、三极管q2、第一二极管d1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3；所述充电模块包括低压差线性稳压器u1、第四电阻r4、第五电阻r5、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4；所述放电隔离模块由第二二极管d2组成；所述超级电容模块包括第一超级电容c5、第二超级电容c6；所述均压模块包括第一三端稳压管d3、第二三端稳压管d4、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第电阻r9。

具体的，所述汽车电瓶输入与dc-dc变换器v1的输入端连接，所述dc-dc变换器v1的输出端分别与二极管d1正极、mos管q1的漏极d连接，所述汽车电瓶输入通过电阻r10与电压比较器a1同向输入端3连接，所述mos管q1的源极s通过电阻r12与电压比较器a1反向输入端2连接，所述电阻r10和电阻r11串联连接于汽车电瓶输入与地之间，所述电阻r12和电阻r13串联连接于mos管q1的源极s与地之间，所述电压比较器a1的输出端1与mcu第一输入端连接，通过电阻r2与三极管q2的基极b连接，通过电阻r14分别与电压比较器a1第5端、mos管q1的源极s连接，所述三极管q2的集电极c与mos管q1的栅极g连接，q2的发射极e通过电阻r3与基极b连接，所述mos管q1的源极s通过电阻r1与栅极g连接，所述mos管q1与二极管d1并联，mos管q1的源极s分别与二极管d1负极、二极管d2负极、低压差线性稳压器u1的in端、低压差线性稳压器u1的en端、mcu第一输入端连接，所述低压差线性稳压器u1与二极管d2并联，低压差线性稳压器u1的out端分别与二极管d2正极、超级电容c5正极、三端稳压管d3第1端、电阻r6第一端连接，通过电阻r4与低压差线性稳压器u1的byp端连接，所述电容c2与电阻r5并联后连接于低压差线性稳压器u1的byp端与地之间，所述电容c3与电容c4并联后连接于低压差线性稳压器u1的out端与地之间，所述超级电容c5与超级电容c6串联，所述三端稳压管d3与三端稳压管d4串联，所述电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9串联，所述电阻r6、r7串联后分别与三端稳压管d3、超级电容c5并联，所述电阻r8、r9串联后分别与三端稳压管d4、超级电容c6并联，所述超级电容c5负极分别与超级电容c6正极、三端稳压管d3第3端、三端稳压管d4第1端、电阻r7第二端、电阻r8第一端连接，所述电阻r6第二端与三端稳压管d3第2端连接，所述电阻r8第二端与三端稳压管d4第2端连接，所述三极管q2发射极e、低压差线性稳压器u1的gnd端、超级电容c6负极、三端稳压管d4第3端、电压比较器a1第4端、电阻r9第二端均接地。

进一步的，所述电压比较器a1为同相电压比较器。

进一步的，所述mos管q1为p沟道mos管。

进一步的，所述三极管q2为npn三极管。

结合图1和图2，以下具体分析车载设备系统断电保护装置的工作过程。其中，名词定义如下：

汽车电瓶输入：为系统供电的电源输入；

系统电源：为mcu模块供电的电源，汽车电瓶正常供电时，由汽车电瓶输入的稳压电压提供，汽车电瓶供电不正常时，由超级电容放电提供。

降压模块1采用dc-dc变换器v1，优选的，用于将汽车电瓶输入电压稳压到5.2v。

电压比较模块2使用电压比较器a1,优选的，可使用lm358x电压比较器，其同向输入端3为待测电压，由汽车电瓶输入电压提供，其反向输入端2为基准电压，由系统电源提供，电压比较器a1根据设定的阀值判断是否断电以及控制mos管；

电阻r14为上拉电阻，优选的，其电阻值为4.7kω，电阻r12、r13为分压电阻，优选的，电阻r12为39kω，电阻r13为10kω，输入电压经电阻r12、r13分压为1.02v作为基准电压，电阻r10、r11为汽车电瓶输入的分压电阻，优选的，电阻r10为39kω，电阻r11为8.66kω，当分压值高于1.02v时，电压比较器a1输出高电平1，当分压值低于1.02v时，电压比较器a1输出低电平0。

开关防倒灌模块3将dc-dc变换器v1的输出电压与系统电源电压进行隔离，防止电压倒灌到汽车电瓶前端的其他设备，增加设备超级电容供电负担，开关防倒灌模块3由电压比较模块2输出控制，采用p沟道mos管和肖特基二极管并联，大电流电路中，mos管起到了压降小，减少二极管功耗的作用。当电压比较模块2的输出为高电平1时，三极管q2导通，mos管q1导通；当电压比较模块2的输出为低电平0时，三极管工q2截止，mos管q1截止，优选的，三极管q2的型号为bc817-25。

电阻r1为上拉电阻，电阻r3为下拉电阻，电阻r2为分压电阻，优选的，r1为10kω，电阻r2为24kω，电阻r3为10kω。

充电模块4采用低压差线性稳压器u1，通过电阻r4、电阻r5分压反馈，将系统电源稳压至5.0v，以限流的方式为超级电容进行充电，优选的，可选择mic5205低压差线性稳压器，电阻r4为6.8kω，电阻r5为22kω；电容c1、c2、c3、c4为滤波电容，优选的，电容c1为1uf，电容c2为470pf，陶瓷电容c3为10uf/16v(t)，电容c4为0.1uf。

超级电容模块6由2个10f/2.7v的超级电容c5、超级电容c6串联组成。

均压模块7将超级电容c5、超级电容c6的电压分别稳压在2.6v以下，防止电容过充导致超级电容失效，优选的，采用三端稳压管d3、三端稳压管d4进行控制，具体的，通过电阻r6、电阻r7分压，对三端稳压管d3进行稳压在2.6v以下，保护超级电容c5两端电压平衡在2.6v以下；通过电阻r8、电阻r9分压，对三端稳压管d4进行稳压在2.6v以下，保护超级电容c6两端电压平衡在2.6v以下，优选的，电阻r6、r8为10kω，电阻r6、r8为200kω。

放电隔离模块5采用二极管d2，一方面作为超级电容的放电二极管，另一方面将超级电容输出电压与系统电源电压进行隔离，防止系统电源电压倒灌到超级电容。

mcu模块8为系统核心cpu，第一端口接收系统电源输入，为车载设备正常工作提供电源，第二端口接收电压比较器a1的输出，进行系统断电检测，当接收到电压比较器a1 输出高电平1时，mcu模块判断为电平供电正常，继续正常工作；当接收到断电当电压比较器a1输出低电平0时，mcu模块判断电平供电不正常，从超级电容取电并立刻存储重要数据，然后进入关机流程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。