专利名称：一种车载传感器三路隔离输出电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新的车载电源硬件设计技术，具体涉及一种车载传感器三路 隔离输出电源。
背景技术：
目前，车载传感器主要包括气体传感器、化学传感器、压敏、温敏、流体传感器等， 它是传感器在汽车安全中的一个特殊应用，以获取在途车辆的安全状态，实现实时预警，防 止事故发生。由于车内的电气设备在运行时，会产生大量电磁干扰，这些干扰频带很宽，通 过传导、耦合或者辐射的方式，传播到电源系统内，进而影响到传感器的正常工作。所以，车 载传感器的安全和稳定供电成为一个关键问题。因此，电源装置不仅具有提供有效电压驱 动的能力，并且还应具有在复杂的车载环境中稳定工作的能力。现有的车载传感器供电方式一般有两种一是使用车内的直流电源适配器供电， 二是利用普通电池供电。车内直流电源适配器可基本满足供电功能，但是，由于车辆点火启动时会使输出 电流增大，蓄电池可能在短时间内电压急剧下降到最低6-9V左右，或者升至33-34V左右， 造成电源输出不稳定。从而对车载传感器中的气体传感器、液体传感器等特殊传感器造成 隐患。所以，汽车直流适配器不能在电源波动情况下保证传感器采集和存储数据的连续性。普通电池虽然可以完全脱离车载电源的依赖，但由于其寿命短、利用率不高、带负 载能力差等缺点，对于工程车辆在途状态的不间断监测不具备良好的可靠性。发明内容针对现有技术中存在的上述缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种车载 传感器三路隔离输出电源，该电源采用IS07637电源设计标准和A类测试标准，利用5V/8A 和12V/1A车载传感器的电源转换电路，具有高稳定性和高抗干扰性。为了达到以上目的，本实用新型采用如下的技术解决方案一种车载传感器三路隔离输出电源，其特征在于，由以下模块组成5V/8A电压转换模块，用于将车载电源的电压转换为5V/8A的电源；12/1A电压转换模块，用于将车载电源的电压转换为12V/1A的电源；0. 5A非隔离恒流输出模块用于将车载电源的电流转换为0. 5A的电流；车载电源，用于向5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块和0. 5A非隔离恒流输 出模块提供电源；其中，车载电源的三个输出端分别连接5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块 和0. 5A非隔离恒流输出模块的输入端。所述5V/8A电压转换模块，12/1A电压转换模块，0. 5A非隔离恒流输出模块均采用 电流控制型单端反激拓扑电路。所述车载电源为24V的蓄电池。[0016]采用本实用新型，使正常供电电压范围为22疒30V的车载电源通过5V/8A电压转 换模块和12/1A电压转换模块为负载电路供电，同时输出0. 5A恒流。本实用新型与现有技术相比提高了抗干扰性，并保证在工程车辆电源波动的情况 下传感器及其数据采集系统的工作效果。本实用新型具有以下优点1、提供了两路12V、5V的隔离电压输出和一路0.5A非隔离恒流输出，具有抗干扰 能力强和过压、过流和短路保护。2、变压器采用纯手工绕制，线圈匝数由理论推导和试验得到的，从而有效的降低 了漏磁。3、采用电流控制型单端反激拓扑电路的稳压、恒流变换器，具有输入电压范围适 应宽、电压调整率高、控制环路频带宽，负载动态调整率高、输出滤波电感小，电源体积小， 成本低；双环路控制，易调试等优点。4、对车载电源装置的功率开关器件电参数进行了一级降额或二级降额设计，提高 了本实用新型在恶劣环境下工作的可靠性。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是5V/8A电压转换模块电路。图3是5V/8A电压转换模块的变换器示意图。图4是12V/1A电压转换模块电路。图5是12V/1A电压转换模块的变压器示意图。图6是0. 5A非隔离恒流变换输出电路。图7是0. 5A非隔离恒流变换输出电路的变压器示意图。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型做进一步的解释说明。
具体实施方式
本实用新型车载传感器三路隔离输出电源，其结构是根据GB/T 21437.2-2008/ ISO 7637-2 2004《道路车辆由传导和耦合引起的电騷扰》第2部分《沿电源线的电瞬态传 导》标准要求，综合考虑而设计的。该车载电源由车载24V蓄电池，通过5V/8A和12V/5A的电压转换模块为负载电路 供电，输出0. 5A非隔离恒流。满足MV电气系统车辆的各类5V、12V车载传感器需求，能够 进行安全、稳定和高效供电。如图1所示，本电源由以下模块组成5V/8A电压转换模块，用于将车载电源的电压转换为5V/8A的电源；12/1A电压转换模块，用于将车载电源的电压转换为12V/1A的电源；0. 5A非隔离恒流输出模块用于将车载电源的电流转换为0. 5A的电流；车载电源，用于向5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块和0. 5A非隔离恒流输 出模块提供电源；其中，车载电源的三个输出端分别连接5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块和0. 5A非隔离恒流输出模块的输入端。所述5V/8A电压转换模块，12/1A电压转换模块，0. 5A非隔离恒流输出模块均采用 电流控制型单端反激拓扑电路。5V/8A电压转换模块的电路图如图2所示，对于MV (额定)低压输入变换器，从电 路复杂程度、成本、调试便利性等考虑，选用电流控制型单端反激拓扑电路。图中，Vi为蓄电 池输入或锂电池输入电压，电容C8，C9，C9a，C9b，C9c和C8a组成储能单元，电阻R44，电容 C37 组成设置 PWM 频率单元。电阻 R48, R52, R53, R54, R55, R57,电容 C41, C41a, C42, C45 组成RC滤波电路。电容C48和电阻R58组成放电回路。U7为PWM控制器，通过脉宽调制 实现稳压控制。Vaux为U7辅助供电。电阻1 50，1 51，1 56，电容(43，044和？]\ )5管匪2和 二极管D17组成U7的控制电路，通过U7的6脚控制PMOS管匪2通断，输出稳压芯片U7的 调整电压脉冲。T2为变压器。二极管D18为单向导通。电感L3，电容C46，C49，C50，C51， C52, C54, C56, C56a, C56b 组成 LC 储能滤波电路。电阻 R63, R64, R62, R61, R60,电容 C55, C47组成三端稳压器U8的控制电路。电阻R59为光耦U6A的限流电阻。电阻R42 (作用是 当光耦导通时使U7的八脚下拉到地)为TOB的匹配电阻。U6A和U6B为光耦。电容C38和 电阻R47为RC滤波电路。三极管Q4，电阻R49，电容C40，二极管D15，极性电容C40a通过 U7的1脚的控制为8脚提供基准电压。其中，电阻R49，电容C40组成RC滤波电路。二极 管D15，极性电容C40a组成储能限流电路。电阻R45，R44，R43，R47，电容C37组成滤波电 路。5V/8A电压转换模块的变压器如3所示，综合考虑体积、效率和常用元器件的工作 特性，取开关频率为200kHz。根据开关频率和变换功率选变压器磁芯为PC44 EPC25。通过 理论和计算，变压器原边需要用漆包线Φ0. 33X16根并绕，变压器副边用Φ0. 33\沈根 并绕。实际绕制中可根据磁芯窗口大小对漆包线根数做一定的调整。其中，EPC25 (插装 骨架 IlPins) ；Pl/2——P3/4 为绕组 W1，4 匝，180°C漆包线 Φ0. 33mmX16 根；P6/7/8—— P9/10/11为绕组W2，2匝，180°C漆包线Φ0. 33mmX26 ；中间屏蔽层接P5。如图4所示，12V/1A电压转换模块采用电流控制型单端反激拓扑电路，鉴于 12V/1A电压转换模块与5V/8A电压转换模块两路输出各自重载/轻载(甚至空载)组合范 围大，且两路输出电压精度都比较高，舍弃以5V/8A为主反馈控制而对12V/1A采用三端稳 压器稳压控制的可选方案，采用了两个电流控制型单端反激拓扑分别输出12V/1A与5V/8A 的方案。采用此方案，不仅能较好保证12V/1A与5V/8A两路输出各自负在大范围变化时的 输出电压精度要求，而且较好的保证了电源效率。Vi为蓄电池输入，UlO为PWM控制芯片，通过脉宽调制实现稳压控制。T3为变压 器。电容 C10，Cll，Clla，Cllb 组成储能单元。电阻 R74，R75，R81，电容 C65，C67，PMOS 管 匪3，二极管D21组成电压调整网络，从PWM芯片UlO的6脚引出，接入变压器T3的1端。 电阻R83，电容C71为放电回路。D22为限流二极管。电容C69，C72，C73，C74，C75，C77， C79，C78和电感L4组成LC储能滤波电路。电阻R84，R85，R86，R87，R88，电容C70, C77和 三端稳压器Ull组成电压比较电路。电阻R82，R65，R66，光耦U9A，U9B组成控制电路。电 阻R71，电容C71组成滤波电路。二极管D19，电阻R72，电容C6h，C62组成电压比较控制 电路。电阻 R68, R70, R76, R79, R80,电容 C61, C58, C57, C64, C63, C63a, C64, C68 组成滤波 电路。12V/1A电压转换模块和5V/8A电压转换模块的电路工作原理是一样的，唯一不同的是变压器匝数比不同。12V/1A电压转换模块的变压器如图5所示，开关频率也取为200kHz。根据开关 频率和变换功率选变压器磁芯为PC44 EPC19 (插装骨架IlPins)；采用三个绕组，Pl—— P2为绕组Wl，7匝，180°C漆包线Φ0. 33mmX5根；P3——P4为绕组W2，10匝，180°C漆包线 Φ0. 33mmX2根；P7——PlO为绕组W3，8匝，180°C漆包线Φ0. 33mmX4根；中间屏蔽层接 P5。0.5A非隔离恒流输出模块的电路如图6所示，也采用电流控制型单端反激拓扑电 路。输入Vi与蓄电池正极相接，输出端输出0. 5A的电流。Tl为变压器，U4为PWM控制芯 片，通过脉宽调制实现恒流输出。电容C5，C6，C7，C7a组成电压储能电路。电阻R29，R31， R33，R34，R30，电容C22，C23，PMOS管NMl，二极管D13组成电压调整控制电路。电阻R35， 电容C27组成滤波电路。D14为导通单元。电容C26，C28，C29，C30，C32，C33，C34，C35和 电感L2组成滤波电路。光耦U3B，PM0S管PM3组成输出控制电路。双运放U5 (U5A，U5B)， 电阻 R9, R41, R39, R40, R38, R37, R36,电容 C31, C25, C24 和二极管 D12, Dll 组成电压比较 网络，为U4提供调整电压标准。电容C20，C20a, C21为滤波网络。电阻R26，R25，R28，电 容C18，C19组成滤波网络。二极管D10，电容C16组成储能导通网络。电阻R24，R23，电容 C17组成滤波网络。0. 5A非隔离恒流输出模块的变压器如图7所示，开关频率也取为200kHz。根据开 关频率和变换功率选变压器磁芯为PC44 EPC19. EPC19 (插装骨架IlPins)；两个绕组，同 名端关系Pl——P4为绕组Wl，7匝，180°C漆包线Φ0. 33_X 5根；P7/8——P10/11为绕 组W2，14匝，180°C漆包线Φ0. 33mmX2根；中间屏蔽层接P2。
权利要求1.一种车载传感器三路隔离输出电源，其特征在于，由以下模块组成 5V/8A电压转换模块，用于将车载电源的电压转换为5V/8A的电源； 12/1A电压转换模块，用于将车载电源的电压转换为12V/1A的电源；0. 5A非隔离恒流输出模块用于将车载电源的电流转换为0. 5A的电流； 车载电源，用于向5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块和0. 5A非隔离恒流输出模 块提供电源；其中，车载电源的三个输出端分别连接5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块和 0. 5A非隔离恒流输出模块的输入端。
2.如权利要求1所述的车载传感器三路隔离输出电源，其特征在于所述5V/8A电压 转换模块，12/1A电压转换模块和0. 5A非隔离恒流输出模块均采用电流控制型单端反激拓 扑电路。
3.如权利要求1所述的车载传感器三路隔离输出电源，其特征在于所述车载电源为 24V的蓄电池。
专利摘要本实用新型公开了一种车载传感器三路隔离输出电源，由以下模块组成5V/8A电压转换模块，用来将车载电源的电压转换为5V/8A的电源；12/1A电压转换模块，用来将车载电源的电压转换为12V/1A的电源；0.5A非隔离恒流输出模块用来将车载电源的电压转换为0.5A的恒流电源；车载电源的三个输出端分别连接5V/8A电压转换模块、12/1A电压转换模块和0.5A非隔离恒流输出模块的输入端。本实用新型提高了车载传感器的可靠性，保证在工程车辆电源波动的情况下传感器及其数据采集系统的稳定工作。
文档编号H02M3/338GK201839210SQ20102059268
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者史昕, 惠飞, 杨澜, 王鑫东, 赵祥模, 雷涛 申请人:长安大学