电压切换输出装置及系统的制作方法

本实用新型涉及汽车紧急救援启动装置技术领域，具体而言，涉及一种电压切换输出装置及系统。

背景技术：

为了使静止的发动机进入工作状态，必须先用外力转动发动机曲轴，使活塞开始上下运动，气缸内吸入可燃混合气，然后依次进入后续的工作循环，所依靠的外力来启动静止的发动机就是发动机启动系统产生的。

目前几乎所有汽车的发动机启动系统均采用电力起动机来实现发动机的启动，而电力起动机的电力来源就是汽车的电瓶。基于一些情况，例如驾驶员停车后忘记关闭电源，而把汽车电瓶的电力消耗至无法发动电力起动机的低电量时，便需要紧急救援起动器，以通过紧急救援起动器重新起动汽车的电力起动机。然而汽车的电力起动机的工作电压可分为两种类型，其分别为12V和24V。因此，使用紧急救援起动器时，需要首先去确定工作电压是12V还是24V，以便于紧急救援起动器配合输出匹配的电压值来实现重新起动汽车的电力起动机。但确定工作电压是12V还是24V时，无疑浪费了汽车的救援时间，降低了汽车的救援效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电压切换输出装置及系统，以改善上述缺陷。

本实用新型的实施例通过以下方式实现：

第一方面，本实用新型实施例提供一种电压切换输出装置，所述电压切换输出装置包括：电池组、第一半导体开关管模块、第二半导体开关管模块和主控模块。所述第一半导体开关管模块的输入端与所述电池组的第一输出端耦合，所述第二半导体开关管模块的输入端与所述电池组的第二输出端耦合。所述第一半导体开关管模块的控制端和所述第二半导体开关管模块的控制端均与所述主控模块耦合。所述第一半导体开关管模块的输出端和所述第二半导体开关管模块的输出端均用于耦合外部负载的正极端，所述电池组的负极端用于耦合外部负载的负极端，所述主控模块用于分别耦合所述外部负载的正极端和负极端。所述主控模块，用于判断所述外部负载的匹配电压为第一电压或第二电压，当为所述第一电压，控制所述第一半导体开关管模块导通，以使所述电池组输出所述第一电压至所述外部负载，当为所述第二电压，控制所述第二半导体开关管模块导通，以使所述电池组输出所述第二电压至所述外部负载，其中，所述第一电压大于所述第二电压。

第二方面，本实用新型实施例提供一种电压切换输出系统，所述电压切换输出系统包括：外部负载和所述的电压切换输出装置，所述外部负载的正极端和所述外部负载的负极端均与所述电压切换输出装置耦合。

本实用新型实施例的有益效果是：

主控模块通过自动判断外部负载的匹配电压是第一电压或第二电压，当判定匹配电压是第一电压时，主控模块便能够控制第一半导体开关管模块导通，以使电池组输出所述第一电压至外部负载，而当判定匹配电压是第二电压时，主控模块也能够控制第二半导体开关管模块导通，以使电池组输出所述第二电压至外部负载。通过主控模块自动判断和控制输出，电压切换输出装置可直接耦合到汽车的电力起动机来实现重启电力起动机，使得汽车的救援时间进一步缩短，增加了汽车的救援效率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种电压切换输出系统的结构框图；

图2示出了本实用新型实施例提供的一种电压切换输出装置的第一结构框图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种电压切换输出装置的第二结构框图；

图4示出了本实用新型实施例提供的一种电压切换输出装置中第一半导体开关管模块的电路图；

图5示出了本实用新型实施例提供的一种电压切换输出装置中第二半导体开关管模块的电路图。

图标：10-电压切换输出系统；11-外部负载；100-电压切换输出装置；110-电池组；111-第一电池；112-第二电池；120-电池管理模块；121-第一电池管理单元；122-第二电池管理单元；130-主控模块；140-第一半导体开关管模块；141-第一驱动电路；142-第一半导体开关管电路；150-第二半导体开关管模块；151-第二驱动电路；152-第二半导体开关管电路；160-保护模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种电压切换输出系统10，该电压切换输出系统10包括：电压切换输出装置100和外部负载11。

电压切换输出装置100用于通过耦合外部负载11，来判断该外部负载11的适配电压为第一电压还是第二电压。其中，第一电压可以为24V，第二电压可以为12V。当判定外部负载11适配第一电压时，则输出第一电压至该外部负载11，当判定外部负载11适配第二电压时，则输出第二电压至该外部负载11。

外部负载11可以为汽车的电力起动机。本实施例中，外部负载11根据实际型号的不同，所适配电压可以为第一电压或第二电压。当汽车的电瓶的电压过低，无法启动外部负载11时，外部负载11的正极端和负极端通过与电压切换输出装置100耦合，以获取适配自身的第一电压或第二电压，进而实现重新启动。

请参阅图2，本实用新型实施例提供了一种电压切换输出装置100，该电压切换输出装置100包括：电池组110、电池管理模块120、主控模块130、第一半导体开关管模块140、第二半导体开关管模块150和保护模块160。

电池组110用于存储电能，并输出第一电压至第一半导体开关管模块140或输出第二电压至第二半导体开关管模块150。

电池管理模块120用于稳定电池组110输出的第一电压或第二电压。

主控模块130用于判断外部负载11的匹配电压为第一电压或第二电压，当为第一电压，控制第一半导体开关管模块140导通，当为所述第二电压，控制所述第二半导体开关管模块150导通。

第一半导体开关管模块140用于根据主控模块130的控制而导通，以将获取的第一电压输出至外部负载11。

第二半导体开关管模块150用于根据主控模块130的控制而导通，以将获取的第二电压输出至外部负载11。

保护模块160用于对电压切换输出装置100进行过压、欠压、短路和过温保护。

请参阅图3，本实施例中，电池组110通过第一输出端与第一半导体开关管模块140的输入端耦合，第二输出端与第二半导体开关管模块150的输入端耦合，且电池组110的负极端与外部负载11的负极端耦合，以输出第一电压至第一半导体开关管模块140或输出第二电压至第二半导体开关管模块150。

具体的，电池组110包括：第一电池111和第二电池112。第一电池111和第二电池112均为型号相同的锂电池，且第一电池111和第二电池112均输出12V的电压。第一电池111的负极端和第二电池112的正极端耦合构成电池组110，第二电池112的负极端即为电池组110的负极端，并耦合外部负载11以形成回路。第一电池111的正极端即为电池组110的第一输出端，并耦合第一半导体开关管模块140的输入端。可以理解到，电池组110的第一输出端输出的第一电压由第一电池111和第二电池112串联输出，进而电池组110的第一输出端输出至第一半导体开关管模块140的输入端的第一电压可以为24V。第一电池111的负极端和第二电池112的正极端耦合构成所述第一电池111与第二电池112的耦合端，该耦合端即为电池组110的第二输出端。可以理解到，电池组110的第二输出端输出的第二电压由第二电池112输出，进而电池组110的第二输出端输出至第二半导体开关管模块150的输入端的第二电压可以为12V。

电池管理模块120通过分别与电池组110的第一输出端、电池组110的第二输出端和电池组110的负极端耦合，以实现稳定对电池组110输出第一电压或第二电压。

具体的，电池管理模块120包括：第一电池管理单元121和第二电池管理单元122。第一电池管理单元121分别耦合第一电池111的正极端和负极端，第二电池管理单元122则分别耦合第二电池112的正极端和负极端。

第一电池管理单元121可以为集成电路芯片，第一电池管理单元121通过与第一电池111的耦合，第一电池管理单元121能够采集第一电池111所输出的第一电压。第一电池管理单元121解析该第一电压的值则能够判断第一电压是否为稳定的24V。当为24V时，第一电池管理单元121则不介入对第一电池111的调节。当不为24V时，第一电池管理单元121则也通过与第一电池111的耦合来调节第一电池111的输出电压，以使第一电池111稳定的输出24V的第一电压。

第二电池管理单元122也可以为集成电路芯片，第二电池管理单元122通过与第二电池112的耦合，第二电池管理单元122能够采集第二电池112所输出的第二电压。第二电池管理单元122解析该第二电压的值则能够判断第二电压是否为稳定的12V。当为12V时，第二电池管理单元122则不介入对第二电池112的调节。当不为12V时，第二电池管理单元122则也通过与第二电池112的耦合来调节第二电池112的输出电压，以使第二电池112稳定的输出12V的第二电压。

主控模块130可以为集成电路芯片，其具有信号处理能力。其中，主控模块130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

主控模块130的I/O端口可以通过保护模块160分别耦合到外部负载11的正极端和负极端，故在电压切换输出装置100耦合外部负载11时，主控模块130通过I/O端口能够与外部负载11进行通信，以判断该外部负载11的匹配电压是第一电压，还是第二电压。主控模块130的驱动端口可以分别与第一半导体开关管模块140的控制端和第二半导体开关管模块150的控制端耦合。当主控模块130判定外部负载11的匹配电压为第一电压时，主控模块130根据预设控制程序生成控制信号至第一半导体开关管模块140的控制端，以使第一半导体开关管模块140导通。当主控模块130判定外部负载11的匹配电压为第二电压时，主控模块130则根据预设控制程序生成控制信号至第二半导体开关管模块150的控制端，以使第二半导体开关管模块150导通。其中，主控模块130输出的控制信号可以为2.5V至5V的高电平信号。

本实施例中，主控模块130通过保护模块160分别耦合到外部负载11的正极端和负极端后，主控模块130还能够监测第一半导体开关管模块140是否输出了第一电压至外部负载11，并也监测第二半导体开关管模块150是否输出了第二电压至外部负载11。具体的，主控模块130判断在预设时长内，与通过保护模块160与外部负载11的正极端的耦合处是否获取到第一电压或第二电压。其中，预设时长为3分钟。若在预设时长内获取到第一电压，则主控模块130判定目前的外部负载11还处于耦合状态，进而继续输出控制信号至第一半导体开关管模块140，以控制第一半导体开关管模块140继续维持导通状态，电池组110继续给外部负载11供电。若在预设时长内获取到第二电压，则主控模块130判定目前的外部负载11还处于耦合状态，进而继续输出控制信号至第二半导体开关管模块150，以控制第二半导体开关管模块150继续维持导通状态，电池组110也继续给外部负载11供电。若在预设时长内未获取到第一电压，则主控模块130判定目前的外部负载11已经断开，进而停止输出控制信号至第一半导体开关管模块140，以控制第一半导体开关管模块140由导通恢复到截止状态，电池组110则停止供电。若在预设时长内未获取到第二电压，则主控模块130判定目前的外部负载11已经断开，进而停止输出控制信号至第二半导体开关管模块150，以控制第二半导体开关管模块150由导通恢复到截止状态，电池组110则也停止供电。

请参阅图3和图4，第一半导体开关管模块140的输入端与电池组110的第一输出端耦合，第一半导体开关管模块140的控制端与主控模块130耦合，而第一半导体开关管模块140的输出端则通过保护模块160与外部负载11的正极端耦合。

本实施例中，第一半导体开关管模块140包括：第一驱动电路141和第一半导体开关管电路142。第一驱动电路141的控制端与主控模块130耦合，第一驱动电路141的输出端与第一半导体开关管电路142的控制端耦合，第一半导体开关管电路142的输入端与电池组110的第一输出端耦合，第一半导体开关管电路142的输出端则通过保护模块160耦合外部负载11的正极端。

具体的，第一驱动电路141用于根据主控模块130的控制信号生成电平信号，以将电平信号输出至第一半导体开关管模块140。

在第一驱动电路141中：

第一电阻R1的一端耦合5V电压，该5V电压由第二电池112输出第二电压经由三端稳压芯片降压获得。第一电阻R1的另一端耦合第一光电耦合器OC1的阳极端。第一放大器U1的输入端设有耦合主控模块130的连接端口A1，第一放大器U1的输出端与第一光电耦合器OC1的阴极端耦合。第一光电耦合器OC1的集电极和发射极则均与第一半导体开关管电路142耦合。

当连接端口A1获取到主控模块130的控制信号时，第一放大器U1将控制信号放大输出至第一光电耦合器OC1的阴极端，以使第一光电耦合器OC1导通，进而第一光电耦合器OC1由导通而产生并输出电平信号至第一半导体开关管模块140。

第一半导体开关管电路142用于该第一半导体开关管电路142根据电平信号而由截止改变为导通状态，以将电池组110的第一电压输出至外部负载11。

在第一半导体开关管电路142中：

第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端均与第一场效应管MOS1的源极耦合，并设有耦合电池组110的第一输出端的连接端口A2。第二电阻R2的另一端和第一驱动电路141中第一光电耦合器OC1的集电极耦合。第一场效应管MOS1的漏极设有耦合外部负载正极端的连接端口A3。第一场效应管MOS1的栅极和第三电阻R3的另一端则均和第四电阻R4的一端耦合。第四电阻R4的另一端和第一三极管Q1的集电极耦合，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的基极则与第一驱动电路141中第一光电耦合器OC1的发射极耦合。

当第一驱动电路141输出电平信号时，电平信号加载到第一三极管Q1的基极，使得第一三极管Q1饱和导通。进而第一场效应管MOS1的栅极正偏，第一场效应管MOS1由截止改变为导通状态。由连接端口A2获取到的第一电压则通过连接端口A3输出至保护模块160，以通过保护模块160输出至外部负载11的正极端。

请参阅图3和图5，第二半导体开关管模块150的输入端与电池组110的第二输出端耦合，第二半导体开关管模块150的控制端与主控模块130耦合，而第二半导体开关管模块150的输出端则也通过保护模块160与外部负载11的正极端耦合。

本实施例中，第二半导体开关管模块150包括：第二驱动电路151和第二半导体开关管电路152。第二驱动电路151的控制端与主控模块130耦合，第二驱动电路151的输出端与第二半导体开关管电路152的控制端耦合，第二半导体开关管电路152的输入端与电池组110的第二输出端耦合，第二半导体开关管电路152的输出端则通过保护模块160耦合外部负载11的正极端。

具体的，第二驱动电路151用于根据主控模块130的控制信号生成电平信号，以将电平信号输出至第二半导体开关管模块150。

在第二驱动电路151中：

第五电阻R5的一端耦合5V电压，该5V电压由第二电池112输出第二电压经由三端稳压芯片降压获得。第五电阻R5的另一端耦合第二光电耦合器OC2的阳极端。第二放大器U2的输入端设有耦合主控模块130的连接端口B1，第二放大器U2的输出端与第二光电耦合器OC2的阴极端耦合。第二光电耦合器OC2的集电极和发射极则均与第二半导体开关管电路152耦合。

当连接端口B1获取到主控模块130的控制信号时，第二放大器U2将控制信号放大输出至第二光电耦合器OC2的阴极端，以使第二光电耦合器OC2导通，进而第二光电耦合器OC2由导通而产生并输出电平信号至第二半导体开关管模块150。

第二半导体开关管电路152用于该第二半导体开关管电路152根据由截止改变为导通状态，以将电池组110的第二电压输出至外部负载11。

在第二半导体开关管电路152中：

第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端均与第二场效应管MOS2的源极耦合，并设有耦合电池组110的第二输出端的连接端口B2。第六电阻R6的另一端和第二驱动电路151中第二光电耦合器OC2的集电极耦合。第二场效应管MOS2的漏极设有耦合外部负载正极端的连接端口B3。第二场效应管MOS2的栅极和第七电阻R7的另一端则均和第八电阻R8的一端耦合。第八电阻R8的另一端和第二三极管Q2的集电极耦合，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的基极则与第二驱动电路151中第二光电耦合器OC2的发射极耦合。

当第二驱动电路151输出电平信号时，电平信号加载到第二三极管Q2的基极，使得第二三极管Q2饱和导通。进而第二场效应管MOS2的栅极正偏，第二场效应管MOS2由截止改变为导通状态。由连接端口B2获取到的第二电压则通过连接端口B3输出至保护模块160，以通过保护模块160输出至外部负载11的正极端。

请参阅图3，保护模块160为集成电路芯片，并耦合在电压切换输出装置100的回路中。具体的，保护模块160的一端分别与第一半导体开关管模块140的输出端、第二半导体开关管模块150的输出端、电池组110的负极端和主控模块130耦合，保护模块160的另一端则分别与外部负载11的正极端和外部负载11的负极端耦合。当保护模块160监测到过压、欠压、短路或过温时，保护模块160则切断耦合到外部负载11的回路，以实现对电压切换输出装置100中各模块的保护。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种电压切换输出装置及系统，电压切换输出装置包括：电池组、第一半导体开关管模块、第二半导体开关管模块和主控模块。第一半导体开关管模块的输入端与电池组的第一输出端耦合，第二半导体开关管模块的输入端与电池组的第二输出端耦合，第一半导体开关管模块的控制端和第二半导体开关管模块的控制端均与主控模块耦合，第一半导体开关管模块的输出端和第二半导体开关管模块的输出端均用于耦合外部负载的正极端，电池组的负极端用于耦合外部负载的负极端，主控模块用于分别耦合外部负载的正极端和负极端。

主控模块通过自动判断外部负载的匹配电压是第一电压或第二电压，当判定匹配电压是第一电压时，主控模块便能够控制第一半导体开关管模块导通，以使电池组输出所述第一电压至外部负载，而当判定匹配电压是第二电压时，主控模块也能够控制第二半导体开关管模块导通，以使电池组输出所述第二电压至外部负载。通过主控模块自动判断和控制输出，电压切换输出装置可直接耦合到汽车的电力起动机来实现重启电力起动机，使得汽车的救援时间进一步缩短，增加了汽车的救援效率。

对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。