一种电动车车载设备的宽电压电源保护装置及方法与流程

本发明涉及车载设备电源控制领域，尤其涉及一种车载设备的宽电压电源保护装置及方法。

背景技术：

电动车以电池驱动，所以其电压往往很高，目前市场上的电动车有电池有48V,60V,75V,90V等，标准并不统一。因此需要配备具有宽电压输入的DC-DC电源电路。

现有技术中，电动车车载设备的宽电压电源保护装置主要存在以下两个问题：

1. 电源保护的传统的解决方案，通常是使用一只二极管和一只TVS管（如图1所示），这样只能解决低电压（如12V）电源干扰的问题，但在高电压（如24V）系统中，无法满足要求。特别是最为严酷的P5a脉冲（按照GB/T21437.2-2008《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰.第二部分：沿电源线的电瞬态传导》（等同ISO7637）规定了汽车电器的瞬态抗扰性；P1,P2a,P2b,P3a,P3b,P5a等6种情形的试验波形和测试方法），容易烧坏TVS管和DC-DC电路。例如，在电动车车载设备电源中， P5a的波形图如图2所示，模拟的是车辆发电机在高转速运行时，电瓶突然开路或损坏的情况下，产生的电骚扰。由图2可以看出，电骚扰的特点是：电压峰值Us高（偏离正常电压值UA7.25倍），维持时间Td长（远远超出一般的浪涌电压）；在更高电压系统中或客户自定义的要求时，峰值将达到更高的值，极容易烧坏电路元器件和电路系统。

2. 在电动车车载设备电源中，如电动车电源电压较低时仍提供车载设备供电继续消耗电能，则有可能影响车辆下次启动所需能源或其它必要动作所需能源。轻则影响用户驾驶体验，重则存在安全隐患容易导致事故发生。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可有效抗宽电压电源瞬态干扰，并可在电源欠压状态关闭车载设备电源、减少电能消耗的车载设备电源保护装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种电动车车载设备的宽电压电源保护装置，包括宽电压输入接口、电压取样电路、高耐压三极管、电骚扰取样电路、驱动控制电路、中央处理器和DC-DC电路，所述宽电压输入接口的输出端与高耐压三极管的输入端连接，所述高耐压三极管的输出端与DC-DC电路的输入端连接，所述中央处理器的输出端与驱动控制电路的输入端连接，所述驱动控制电路用于控制高耐压三极管的开关状态；所述电压取样电路用于采集宽电压输入接口输出的电压并输出到中央控制器，当宽电压输入接口采集电压小于欠压阈值时，所述中央控制器通过驱动控制电路控制高耐压三极管截止；所述电骚扰取样电路用于采集输入到高耐压三极管的电压并输出到驱动控制电路，当输入到高耐压三极管的电压大于过压阈值时，所述驱动控制电路控制高耐压三极管截止。

优选的，所述中央处理器还连接有存储器。

优选的，所述宽电压输入接口的输出端和高耐压三极管的输入端之间还连接有过电流保护模块。

优选的，所述过电流保护模块为热敏电阻。

优选的，所述宽电压输入接口的输出端与过电流保护模块的输入端之间还连接有反接保护模块。

优选的，所述反接保护模块为正向连接于宽电压输入接口的输出端与过电流保护模块的输入端之间的二极管。

一种电动车车载设备的宽电压电源保护方法，其应用于电动车车载设备电源欠压保护装置，所述方法包括步骤：S1，采集宽电压输入接口输出的电压并输出到中央控制器，当宽电压输入接口采集电压小于欠压阈值时，所述中央控制器通过驱动控制电路控制高耐压三极管截止；S2，采集输入到高耐压三极管的电压并输出到驱动控制电路，当输入到高耐压三极管的电压大于过压阈值时，所述驱动控制电路控制高耐压三极管截止。

优选的，所述步骤S1具体为：中央处理器自动识别电压取样电路采集的正常输入电压并设定相应的欠压阈值。

优选的，步骤S2所述过压阈值为大于正常工作电压的10%-15%。

本发明的有益效果是：

本发明一方面通过采用高耐压三极管作为电源开关管提高元器件本身的抗瞬态高电压能力，克服了现有技术中元器件容易因为瞬态高电压被烧坏的问题；第二方面通过采用电压采样电路、中央控制器和高耐压三极管组成的采样控制电路，克服了现有技术中车载设备电源在电压较低时仍继续消耗电源的问题，实现了车载设备电源的智能控制，有效避免了电动车电能的不必要消耗，优先保障电动车启动能源和其它必要用电的供给，提高了用户体验和电动车的安全性；第三方面通过采用电骚扰取样电路和控制电路控制在瞬态电压过高时关闭三极管开关，进一步保护元器件不因瞬态高电压遭受损害。

另外，本发明还通过设置宽电压输入端和DC-DC电路实现车载设备电源的宽电压输入；通过存储器可用于存储不同电压输入的控制阈值，实现宽电压输入的智能控制；采用过电流保护模块在电流过大时保护电路；采用反接保护模块防止电源接反造成的电路损害。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是传统宽电压输入的DC-DC电源保护电路结构示意图；

图2是P5a脉冲波形图；

图3是本发明一种实施例的电路结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种电动车车载设备的宽电压电源保护装置，包括宽电压输入接口、电压取样电路、高耐压三极管、电骚扰取样电路、驱动控制电路、中央处理器和DC-DC电路，所述宽电压输入接口的输出端与高耐压三极管的输入端连接，所述高耐压三极管的输出端与DC-DC电路的输入端连接，所述中央处理器的输出端与驱动控制电路的输入端连接，所述驱动控制电路用于控制高耐压三极管的开关状态；所述电压取样电路用于采集宽电压输入接口输出的电压并输出到中央控制器，当宽电压输入接口采集电压小于欠压阈值时，所述中央控制器通过驱动控制电路控制高耐压三极管截止；所述电骚扰取样电路用于采集输入到高耐压三极管的电压并输出到驱动控制电路，当输入到高耐压三极管的电压大于过压阈值时，所述驱动控制电路控制高耐压三极管截止。本发明一方面通过取样输入电压，当这个电压小于欠压阈值（如正常电压为12V，可设置9V为欠压阈值）时，立即启动关闭高耐压三极管，自动关闭所控电源，禁止再消耗电能。取样电压恢复正常后，三极管立即恢复导通，电路处于正常工作。另一方面，本发明采用高耐压三极管做开关管，通过取样电骚扰电压，当这个电压超出过压阈值（如大于正常工作电压10%-15%）时，立即启动关闭高耐压三极管，使后面的器件得以保护。取样电压恢复正常后，三极管立即恢复导通，电路处于正常工作。

本实施例中，所述宽电压（如12V-90V直流电压）输入接口，所述高耐压三极管的输出端还连接有DC-DC电路，DC-DC电路输出5V直流电压。所述中央处理器还连接有存储器。实际应用中，可在存储器中存储有各电压和欠压阈值的对应关系（如输入电压为12V时，可设置欠压阈值为9V；如输入电压为16V，可设置欠压阈值为12V等等）。中央处理器在正常工作时自动识别电压是属于哪一种电压系统，并配置相应的控制参数（欠压阈值）。当输入电压低于欠压阈值时，为保护电瓶和车辆下次启动所需能源，就自动截止高耐压三极管以关闭所控电源，禁止再消耗电能。实现自适应电压保护参数识别和控制的功能。

本实施例工作时，控制电路可用电骚扰取样电路采集的电压与正常工作电压比较，当取样电压大于预设值（如大于正常工作电压10%-15%）时，就启动保护功能，使高耐压三极管截止。此功能不经过中央处理器,以获得最快的响应时间。这样可以有效阻止电骚扰P2（P2a,P2b车辆点火开关断开引起的电骚扰，高达50伏，50微秒），P3b（车辆开关过程中线束分布电感产生的电骚扰，高达200伏,10毫秒），P5（车辆发电机高速运转时，电瓶断开或损坏引起的电骚扰，高达174伏，400毫秒）对电路的损害。

本实施例中，宽电压输入接口的输出端和高耐压三极管的输入端之间还连接有过电流保护模块。过电流保护模块是一个自恢复保险丝，实质是一个热敏电阻，原理是当电流超过额定值时，会因发热而增加电阻，最终断开电路保护电路。其具有体积小，可恢复，动作灵敏，快速反应的特点。

本实施例中，宽电压输入接口的输出端与过电流保护模块的输入端之间还连接有反接保护模块。反接保护模块为正向连接于宽电压输入接口的输出端与过电流保护模块的输入端之间的二极管。防反接保护二极管的功能和作用是：防止接线时，电源反接；消除电骚扰P1(车辆感性负载断开时产生的电骚扰，高达-600伏，1毫秒)，P3a（车辆开关过程中线束分布电容产生的电骚扰，高达-200伏，10毫秒）。

一种电动车车载设备的宽电压电源保护方法，其应用于电动车车载设备电源欠压保护装置，所述方法包括步骤：S1，采集宽电压输入接口输出的电压并输出到中央控制器，当宽电压输入接口采集电压小于欠压阈值时，所述中央控制器通过驱动控制电路控制高耐压三极管截止；S2，采集输入到高耐压三极管的电压并输出到驱动控制电路，当输入到高耐压三极管的电压大于过压阈值时，所述驱动控制电路控制高耐压三极管截止。

优选的，所述步骤S1具体为：中央处理器自动识别电压取样电路采集的正常输入电压并设定相应的欠压阈值。

优选的，步骤S2所述过压阈值为大于正常工作电压的10%-15%。

本发明一方面通过采用高耐压三极管作为电源开关管提高元器件本身的抗瞬态高电压能力，克服了现有技术中元器件容易因为瞬态高电压被烧坏的问题；第二方面通过采用电压采样电路、中央控制器和高耐压三极管组成的采样控制电路，克服了现有技术中车载设备电源在电压较低时仍继续消耗电源的问题，实现了车载设备电源的智能控制，有效避免了电动车电能的不必要消耗，优先保障电动车启动能源和其它必要用电的供给，提高了用户体验和电动车的安全性；第三方面通过采用电骚扰取样电路和控制电路控制在瞬态电压过高时关闭三极管开关，进一步保护元器件不因瞬态高电压遭受损害。

另外，本发明还通过设置宽电压输入端和DC-DC电路实现车载设备电源的宽电压输入；通过存储器可用于存储不同电压输入的控制阈值，实现宽电压输入的智能控制；采用过电流保护模块在电流过大时保护电路；采用反接保护模块防止电源接反造成的电路损害。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。