一种电源转换电路及车载电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电源转换电路及车载电源，包括对输入电源依次进行处理的滤波电路、过压保护电路和直流转换电路；在所述过压保护电路中设置有第一稳压管和两个晶体管，通过滤波电路处理输出的直流电源分别传输至第一稳压管的阴极和第一晶体管的控制极，第一稳压管的阳极连接第二晶体管的控制极，第二晶体管的开关通路连接在第一晶体管的控制极与系统地之间，第一晶体管的开关通路连接在滤波电路与直流转换电路之间。采用本实用新型的电源转换电路设计的车载电源可以将车内蓄电池输出的直流供电变换成一个稳定的、不受车内电路环境干扰的5V直流电源，从而为车载GPS导航仪以及车载移动台等小信号电路系统提供了纯净、稳定的电源供应。
【专利说明】一种电源转换电路及车载电源
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电源电路【技术领域】，具体地说，是涉及一种DC-DC电源转换电路以及采用所述电源转换技术设计的车载电源。
【背景技术】
[0002]随着GPS导航以及车载移动台的大范围应用，车载电子设备对于车载电源的需求也越来越多。由于锂离子电池的温度适应范围比较小(其工作环境温度通常在O到40摄氏度之间)，且特殊情况下可能会出现爆炸起火等意外情况，因此出于安全考虑，专用的车载GPS导航和车载移动台一般不会内置锂离子电池，而是采用车载电源输出的5V直流电源，为其提供工作电源。
[0003]由于车载电源使用车内的蓄电池为其提供电源供应，通过对蓄电池输出的12V或者24V直流电源进行DC-DC降压变换后，生成某些车载小信号电子设备所需的5V直流电源。而汽车在行驶的过程中，存在发动机火花塞造成的电源噪声、电动机工作造成的电源噪声以及其他车载电子/电机设备造成的电源噪声，这些噪声全部叠加在车内的12V或者24V电源系统上，会导致车内电源系统的干扰非常剧烈，过压脉冲比较强，且这种情况经常性的发生。因此，在这种情况下，如果不对蓄电池输出的12V或者24V直流电源进行滤波和过压防护处理，而是仅仅采用DC-DC变换输出5V直流电源，为车载GPS导航以及车载移动台等小信号电路系统供电，则会在输出的5V直流电源中引入大量的电源干扰，最终导致这些车载小信号电路系统在工作时因供电干扰而出现故障。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种电源转换电路，通过在电源转换电路中设计专门的滤波电路和过压保护电路，以消除电源系统中引入的干扰噪声，进而为用电负载提供纯净、稳定的电源供给。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0006]一种电源转换电路，包括对输入电源依次进行处理的滤波电路、过压保护电路和直流转换电路；在所述过压保护电路中设置有第一稳压管和两个晶体管，通过滤波电路处理输出的直流电源分别传输至第一稳压管的阴极和第一晶体管的控制极，第一稳压管的阳极连接第二晶体管的控制极，第二晶体管的开关通路连接在第一晶体管的控制极与系统地之间，第一晶体管的开关通路连接在滤波电路与直流转换电路之间，对通过滤波电路处理输出的直流电源的传输路径进行通断控制。
[0007]为了抬升第一晶体管的导通电压，将所述第二晶体管的开关通路连接第二稳压管的阳极，第二稳压管的阴极连接第一晶体管的控制极。
[0008]优选的，所述两个晶体管优选采用两个NPN型三极管，第一 NPN型三极管的集电极接收通过滤波电路处理输出的直流电源，发射极连接直流转换电路，基极连接所述第二稳压管的阴极，所述第二稳压管的阳极连接第二 NPN型三极管的集电极，并通过限流电阻连接第一 NPN型三极管的集电极；所述第二 NPN型三极管的发射极连接系统地，基极连接第一稳压管的阳极。
[0009]进一步的，所述第一稳压管的阳极通过分压电阻接地，并通过另一限流电阻连接所述第二 NPN型三极管的基极。
[0010]为了防止干扰信号通过系统地线越过所述电源转换电路影响到后级的用电负载，将所述滤波电路的两个输入端分别与输入电源的正极和负极对应连接，正极输出端连接所述的过压保护电路，负极输出端连接系统地；在滤波电路的负极输入端与负极输出端之间跨接隔离电容，以实现输入电源的负极与系统地线的隔离。
[0011]作为所述滤波电路的一种优选电路组建形式，在所述滤波电路中设置有共模滤波器和差模滤波器，所述共模滤波器的两个输入端分别与输入电源的正极和负极对应连接，共模滤波器的两个输出端连接差模滤波器，通过所述差模滤波器连接所述的过压保护电路，以用于对引入到电源系统中的共模干扰和差模干扰进行有效地抑制。
[0012]进一步的，在所述差模滤波器的两个输出端之间还跨接有滤波电容，所述滤波电容的负极连接系统地。
[0013]为了起到静电防护的作用，在所述过压保护电路与直流转换电路之间还设置有静电防护电路，在所述静电防护电路中设置有连接在直流电源传输线路与系统地之间的瞬态电压抑制器或者压敏电阻，以抑制线路中引入的浪涌电压。
[0014]优选的，在所述直流转换电路中设置有一颗直流-直流转换芯片，所述直流-直流转换芯片接收过压保护电路输出的直流电源，转换成后级负载所需的工作电源输出。
[0015]基于上述电源转换电路，本实用新型还提供了 一种采用所述电源转换电路设计的车载电源，包括对输入电源进行依次处理的滤波电路、过压保护电路和直流转换电路；在所述过压保护电路中设置有第一稳压管和两个晶体管，通过滤波电路处理输出的直流电源分别传输至第一稳压管的阴极和第一晶体管的控制极，第一稳压管的阳极连接第二晶体管的控制极，第二晶体管的开关通路连接在第一晶体管的控制极与系统地之间，第一晶体管的开关通路连接在滤波电路与直流转换电路之间，对通过滤波电路处理输出的直流电源的传输路径进行通断控制；其中，所述输入电源是由车内蓄电池输出的直流供电电源。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的电源转换电路通过设计特定的滤波电路和过压保护电路，在满足对输入电源电平转换需求的同时，可以进一步对电源系统中引入的干扰噪声进行有效抑制。将其应用在车载电源的电路设计中，可以对车内蓄电池输出的12V或者24V直流供电电源进行滤波与防护处理，并通过DC-DC降压变换得到一个稳定的、不受车内电路环境干扰的5V直流电源，从而为车载GPS导航仪以及车载移动台等小信号电路系统提供了纯净、稳定的电源供应，避免了车载小信号电子设备因受电源干扰而导致的故障问题的发生。
[0017]结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其它特点和优点将变得更加清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型所提出的电源转换电路的一种实施例的电路原理框图；
[0019]图2是本实用新型所提出的电源转换电路的一种实施例的电路原理图；[0020]图3是图1中DC-DC转换电路的一种实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细地描述。
[0022]本实施例以将电源转换电路应用在车载电源中为例进行说明。
[0023]为了满足车载GPS导航仪以及车载移动台等小信号电路系统的用电需要，需要在车载电源中设计电源转换电路，以将车内蓄电池提供的12V或者24V等幅值的输入电源转换成5V直流工作电源，为这些车载小信号电子设备提供电力供应。考虑到车载环境相对复杂，各种噪声源产生的干扰信号会大量地引入到车载电源系统中，最终导致车载GPS导航仪以及车载移动台等小信号电路系统在工作过程中因受干扰而出现故障。
[0024]为了能够给这些车载小信号电子设备提供一个稳定的电源供应，本实施例在设计车载电源时，除了在电源转换电路中设计直流转换电路，例如DC-DC转换电路(即直流-直流转换电路)，用于对车内蓄电池产生的12V或者24V输入电源进行电平变换处理，以转换生成车载GPS导航仪以及车载移动台等小信号电路系统工作所需的5V直流电源以外，还进一步设计了专门的滤波电路和过压保护电路，以用于对车载电源系统中引入的干扰信号进行滤除和抑制，并在输入电源的电压幅值超过设定阈值时，阻断输入电源的输出，避免对车载电子设备产生过压冲击，确保车载电子设备用电的安全性。
[0025]图1为本实施例所提出的电源转换电路的原理框图，通过蓄电池输出的12V或者24V直流输入电源Vin首先通过滤波电路进行滤波处理后，传输至过压保护电路，对通过滤波电路处理输出的直流电源进行电压幅值的检测，若高于设定阈值，则切断直流电源的传输路径，避免其传输至后续的直流转换电路，造成直流转换电路以及车载电子设备的过压损坏；若低于设定阈值，则认为是安全电压，经ESD防护电路(静电防护电路)传输至直流转换电路，以转换生成车载电子设备所需的直流5V工作电源，经由车载电源的输出端Vout输出。
[0026]作为本实施例的一种优选设计方案，所述滤波电路优选采用共模滤波器和差模滤波器组合设计实现，结合图1、图2所示。其中，共模滤波器L7008是由一组绕在同一磁环上，但绕制方向相反的漆包线圈构成的，其作用是利用两个相反方向的线圈在磁环内产生方向相反的磁场，从而将输入电源Vin中的共模干扰信号滤除。将共模滤波器L7008的两个输入端分别与输入电源Vin的正极+和负极-对应连接，并在输入电源Vin的正极+连线上串联二极管D7004，确保输入电源电流的正确流向，同时在输入电源Vin的正极+与负极-之间分别并联电容C7034、C7043、C7033，以起到初级滤波的作用。在共模滤波器L7008的两个输出端的连线上对应串联两个电感线圈L7011、L7010，构成所述的差模滤波器，参见图2所示。这两个电感线圈L7011、L7010又叫做环形扼流线圈，是通过绕在环形磁铁上的一组漆包线圈实现的，其作用是对输入电源Vin中的差模噪声进行抑制。在两个电感线圈L701UL7010的输出端可以进一步跨接滤波电容C7037，所述滤波电容C7037的负极可以连接系统地，共同构成LC低通滤波电路，对电源系统中的干扰信号作进一步的滤波处理。
[0027]在对车载电源进行PCB板设计时，需要考虑前级滤波电路的负极与整机的系统地进行隔离设计，即系统地线与滤波电路之前的电源负极需要进行隔离，以防止干扰信号通过系统地线越过本实施例的电源转换电路影响到后级小信号电路系统的工作。[0028]为了达到这一设计目的，本实施例在滤波电路的负极输入端(即连接输入电源Vin负极-的输入端)与负极输出端(即连接系统地的输出端)之间跨接一隔离电容C7041，参见图1所示，以实现输入电源Vin的负极-与系统地线的隔离。对于由共模滤波器L7008和差模滤波器L7011、L7010构成的滤波电路来说，可以具体将所述的隔离电容C7041跨接在共模滤波器L7008的负极输入端与差模滤波器L7010连接系统地的一端，参见图2所示，在起到隔离作用的同时，进一步满足对ESD防护电路泄放通路的设计需要。
[0029]输入电源Vin经由滤波电路进行干扰信号的滤波处理后，生成直流电源Vdc传输至后续的过压保护电路，进行过压防护处理。参见图2所示，本实施例的过压保护电路主要由一个稳压管D7007 (称为第一稳压管D7007)和两个晶体管Q7003、Q7002组建而成。其中，利用稳压管D7007在其反向电压到达其击穿电压时导通的特性，设定电路的过压保护阈值。将稳压管D7007的阴极和第一晶体管Q7003的控制极连接直流电源Vdc，将稳压管D7007的阳极连接第二晶体管Q7002的控制极，当通过滤波电路输出的直流电源Vdc低于设定的过压保护阈值时，即小于稳压管D7007的反向击穿电压值时，第一晶体管Q7003在直流电源Vdc的作用下饱和导通，将直流电源Vdc通过第一晶体管Q7003的开关通路传输至后续的ESD电路和直流转换电路。而当通过滤波电路输出的直流电源Vdc高于设定的过压保护阈值时，即大于稳压管D7007的反向击穿电压值时，稳压管D7007导通，控制第二晶体管Q7002饱和导通，将第一晶体管Q7003的控制极的电位拉低，控制第一晶体管Q7003截止，进而切断直流电源Vdc的传输路径，避免其输出至直流转换电路，造成后续电路的过压损坏。
[0030]作为本实施例的一种优选设计方案，所述的两个晶体管Q7003、Q7002优选采用两个NPN型三极管进行电路设计，参见图2所示。将第一 NPN型三极管Q7003的集电极连接直流电源Vdc，发射极连接ESD防护电路和直流转换电路，基极连接另一稳压管D7008(称为第二稳压管D7008)的阴极。将第二稳压管D7008的阳极连接第二 NPN型三极管Q7002的集电极，并通过限流电阻R7022连接所述的直流电源Vdc。将三极管Q7002的发射极接地，基极通过限流电阻R7003连接第一稳压管D7007的阳极，并通过分压电阻R7001接地。
[0031]假设第一稳压管D7007的反向击穿电压值为36V，当电路正常工作时，第一稳压管D7007截止，使三极管Q7002的基极电压为低，进入截止状态，而三极管Q7003饱和导通，将通过滤波电路输出的直流电源Vdc传输至后续的ESD防护电路和直流转换电路，经ESD防护及DC-DC变换处理后，输出稳定的5V直流电源，为车载小信号电子设备供电。当电路发生异常，使通过滤波电路输出的直流电源Vdc超过36V时，第一稳压管D7007导通，拉高三极管Q7002的基极电位，触发三极管Q7002饱和导通，进而将三极管Q7003的基极电位拉低，使三极管Q7003无法维持导通状态，进入截止状态，以切断直流电源Vdc的传输路径，避免对后续的直流转换电路造成过压冲击。
[0032]本实施例所提出的过压保护电路，不是通过简单的大功率稳压二极管配合保险丝来实现一次性熔断式的过压防护，而是通过特定的电路设计来实现100V以下不损坏，36V以上自动断电且可恢复式的过压保护，其设计实现具有较好的实用价值。另外，由于需要通过第二 NPN型三极管Q7002的导通来将第一 NPN型三极管Q7003的基极电位拉低，实现第一NPN型三极管Q7003的截止，因此为了保证第二 NPN型三极管Q7002导通状态下的集射极饱和压降低于第一 NPN型三极管Q7003的基极导通电压，在设计时增加了第二稳压管D7008，来抬升第一 NPN型三极管Q7003基极导通所需要的电压。[0033]当然，所述的两个晶体管也可以采用场效应管、可控硅等可控开关元件进行系统电路的具体设计，本实施例并不仅限于以上举例。
[0034]为了使系统电路具有抑制浪涌电压、抵抗静电冲击的能力，本实施例在过压保护电路与直流转换电路之间还进一步设计了静电防护电路，如图1、图2所示。在所述静电防护电路中可以具体采用瞬态电压抑制器(即TVS 二极管)D7005或者压敏电阻RV7001连接在直流电源传输线路与系统地之间的，以抑制线路中引入的浪涌电压。所述的TVS 二极管D7005和压敏电阻RV7001可以仅选择一种连接在线路中。
[0035]在静电防护电路之后，可以进一步连接末级滤波电容C7038，参见图2所示，以起到最后的电源稳压和整流作用。
[0036]图3为本实施例所提出的直流转换电路的一种优选电路设计方案，具体由一颗直流-直流转换芯片IC7002 (或者LDO稳压芯片)配合简单的外围电路组建而成。将通过滤波电路、过压保护电路、ESD防护电路和末级滤波电容C7038处理输出的直流电源V12传输至直流-直流转换芯片IC7002的输入管脚VIN3，经由直流-直流转换芯片IC7002将其转换成5V直流工作电源V5.0，通过芯片IC7002的输出管脚SW18输出，进而经由车载电源的输出端Vout对外输出，为车载上的小信号电子设备提供工作电源。
[0037]此外，本实施例在输入电源Vin侧还设计了保险丝F1，参见图1所示。所述保险丝Fl不是设计到电路板上，而是放在电源线上，采用一个保险丝盒来实现，可便于用户在需要的时候手动更换保险丝。
[0038]当然，本实施例的电源转换电路也可以应用在除车载电源以外的其他供电设备中，以便为用电负载提供其所需的稳定的直流工作电源，保证各用电负载安全用电。
[0039]当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种电源转换电路，其特征在于:包括对输入电源依次进行处理的滤波电路、过压保护电路和直流转换电路；在所述过压保护电路中设置有第一稳压管和两个晶体管，通过滤波电路处理输出的直流电源分别传输至第一稳压管的阴极和第一晶体管的控制极，第一稳压管的阳极连接第二晶体管的控制极，第二晶体管的开关通路连接在第一晶体管的控制极与系统地之间，第一晶体管的开关通路连接在滤波电路与直流转换电路之间，对通过滤波电路处理输出的直流电源的传输路径进行通断控制。
2.根据权利要求1所述的电源转换电路，其特征在于:所述第二晶体管的开关通路连接第二稳压管的阳极，第二稳压管的阴极连接第一晶体管的控制极。
3.根据权利要求2所述的电源转换电路，其特征在于:所述的两个晶体管为两个NPN型三极管，第一 NPN型三极管的集电极接收通过滤波电路处理输出的直流电源，发射极连接直流转换电路，基极连接所述第二稳压管的阴极，所述第二稳压管的阳极连接第二 NPN型三极管的集电极，并通过限流电阻连接第一 NPN型三极管的集电极；所述第二 NPN型三极管的发射极连接系统地，基极连接第一稳压管的阳极。
4.根据权利要求3所述的电源转换电路，其特征在于:所述第一稳压管的阳极通过分压电阻接地，并通过另一限流电阻连接所述第二 NPN型三极管的基极。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源转换电路，其特征在于:所述滤波电路的两个输入端分别与输入电源的正极和负极对应连接，正极输出端连接所述的过压保护电路，负极输出端连接系统地；在滤波电路的负极输入端与负极输出端之间跨接有隔离电容。
6.根据权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于:在所述滤波电路中设置有共模滤波器和差模滤波器，所述共模滤波器的两个输入端分别与输入电源的正极和负极对应连接，共模滤波器的两个输出端连接差模滤波器，通过所述差模滤波器连接所述的过压保护电路。
7.根据权利要求6所述的电源转换电路，其特征在于:在所述差模滤波器的两个输出端之间跨接有滤波电容，所述滤波电容的负极连接系统地。
8.根据权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于:在所述过压保护电路与直流转换电路之间还设置有静电防护电路，在所述静电防护电路中设置有连接在直流电源传输线路与系统地之间的瞬态电压抑制器或者压敏电阻。
9.根据权利要求5所述的电源转换电路，其特征在于:在所述直流转换电路中设置有一颗直流-直流转换芯片，所述直流-直流转换芯片接收过压保护电路输出的直流电源，转换成后级负载所需的工作电源输出。
10.一种车载电源，其特征在于:在所述车载电源中设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的电源转换电路，所述输入电源是由车内蓄电池输出的直流供电电源。
【文档编号】H02M1/32GK203434856SQ201320463091
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】龚复生 申请人:青岛海信移动通信技术股份有限公司