一种11V～100V宽范围输入电压的电源电路的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，尤其是涉及一种11V～100V宽范围输入电压的电源电路。

背景技术：

在柴油机电控系统设计中，要求其电源电路需要满足：

(1)在稳定供电最大范围23V～33V条件下，电控系统稳定工作；

(2)在初始啮合浪涌电压条件下，最低供电电压可达12V，此时要求电控系统稳定工作；

(3)可承受多次幅值100V、持续时间500ms的浪涌电压，电控系统稳定工作；

(4)在正常工作时，可承受多次幅值250V、上升时间不超过50ns、振荡频率在100KHz～500KHz之间、能量不大于15mJ的尖峰脉冲电压，电控系统稳定工作。

另外在实际应用中，要求电源电路具备软关断功能，保证在驾驶员熄火后，各项数据保存完整。

目前通过反激式开关电源将33V～100V的电压调整到33V以下来实现浪涌电压条件下系统可正常工作，该电路功能需要电压采样、反馈控制等子模块辅助实现。电路结构复杂，实现较繁琐。

而现有专门的集成电源模块的温度范围、输入电压范围均不符合要求，需要增加其他辅助处理电路，且模块尺寸大，不适宜实现控制系统小型化。这就需要一个结构简单、易实现、满足柴油机电源技术要求并可实现软关断功能的电源电路，保证电控系统在各种供电条件下正常工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种11V～100V宽范围输入电压的电源电路，以保证电控系统在各种供电条件下均可正常工作并可实现软关断功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种11V～100V宽范围输入电压的电源电路，包括保险F1、二极管D1、二极管D2、瞬态抑制二极管D3、二极管D4、二极管D5、电感L1、电解电容E1、电解电容E2、电容C1、电容C2、电容C3、稳压管Z1、稳压管Z2、稳压管Z3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、PMOS管Q1、NPN管Q2、DC/DC电源模块U1和按钮S1；

所述保险F1的一端为系统供电端，该端还与所述按钮S1的一端电连接；

所述保险F1的另一端与所述二极管D1的正极电连接；

所述二极管D1的负极分别与所述二极管D2的负极以及电感L1的一端电连接；

所述二极管D2的正极与系统地GND电连接；

所述瞬态抑制二极管D3、电解电容E1和电容C1并联，所述稳压管Z1和电阻R1并联；

所述电感L1的另一端分别与所述瞬态抑制二极管D3的一端、电解电容E1的正极、电容C1的一端、稳压管Z1的负极、电阻R1的一端和PMOS管Q1的源极电连接；

所述瞬态抑制二极管D3的另一端接系统地GND；

所述稳压管Z1的正极与PMOS管Q1的栅极和NPN管Q2的集电极电连接；

所述电解电容E2和电容C2并联；

所述POMS管Q1的漏记分别与所述稳压管Z2的负极、电解电容E2的正极、电容C2的一端和DC/DC电源模块U1的电源正极输入管脚电连接；

所述电解电容E2的负极和DC/DC电源模块U1的电源负极输入管脚接系统地GND；

所述稳压管Z2的正极与NPN管Q2的发射极和电阻R4的一端电连接；

所述电阻R4的另一端接系统地GND；

所述电容C3、稳压管Z3和电阻R3并联，其一端接系统地GND，另一端与所述NPN管Q2的基极、电阻R2的一端和电阻R5的一端电连接；

所述电阻R2的另一端与二极管D4的负极电连接；

所述二极管D4的正极与所述按钮S1的另一端和二极管D5的正极电连接；

所述二极管D5的负极与开关检测电路test信号连接；

所述电阻R5的另一端与处理器控制信号control信号连接。

进一步的，所述二极管D1耐压250V以上，所述二极管D2、电解电容E1、电容C1、NPN管Q2和电容C3均耐压100V以上，所述PMOS管Q1击穿电压100V以上。

进一步的，所述瞬态抑制二极管D3为双向抑制，且当电压达到100V以上时开始起作用。

进一步的，所述二极管D1正向压降加PMOS管Q1导通电阻的压降小于2V。

进一步的，所述DC/DC电源模块U1压降比为4:1，输入电压范围为9V～36V。

进一步的，所述按钮S1为车体启动按钮或钥匙开关。

相对于现有技术，本发明所述的11V～100V宽范围输入电压的电源电路具有以下优势：

(1)本发明所述的11V～100V宽范围输入电压的电源电路，电路结构简单、易实现；输入电压范围广；具备软关断功能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的满足国军标的车用电源电路示意图。

具体实施方式

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

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明包括保险F1、二极管D1、二极管D2、瞬态抑制二极管D3、二极管D4、二极管D5、电感L1、电解电容E1、电解电容E2、电容C1、电容C2、电容C3、稳压管Z1、稳压管Z2、稳压管Z3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、PMOS管Q1、NPN管Q2、DC/DC电源模块U1和按钮S1；

保险F1的一端为系统供电端，该端还与按钮S1的一端电连接；

保险F1的另一端与二极管D1的正极电连接；

二极管D1的负极分别与二极管D2的负极以及电感L1的一端电连接；

二极管D2的正极与系统地GND电连接；

瞬态抑制二极管D3、电解电容E1和电容C1并联，稳压管Z1和电阻R1并联；

电感L1的另一端分别与瞬态抑制二极管D3的一端、电解电容E1的正极、电容C1的一端、稳压管Z1的负极、电阻R1的一端和PMOS管Q1的源极电连接；

瞬态抑制二极管D3的另一端接系统地GND；

稳压管Z1的正极与PMOS管Q1的栅极和NPN管Q2的集电极电连接；

电解电容E2和电容C2并联；

POMS管Q1的漏记分别与稳压管Z2的负极、电解电容E2的正极、电容C2的一端和DC/DC电源模块U1的电源正极输入管脚电连接；

电解电容E2的负极和DC/DC电源模块U1的电源负极输入管脚接系统地GND；

DC/DC电源模块U1的电源正极输出管脚为后续电源电路供电端；

DC/DC电源模块U1的电源负极输出管脚接后续电源电路地GND2；

稳压管Z2的正极与NPN管Q2的发射极和电阻R4的一端电连接；

电阻R4的另一端接系统地GND；

电容C3、稳压管Z3和电阻R3并联，其一端接系统地GND，另一端与NPN管Q2的基极、电阻R2的一端和电阻R5的一端电连接；

电阻R2的另一端与二极管D4的负极电连接；

二极管D4的正极与按钮S1的另一端和二极管D5的正极电连接；

二极管D5的负极与开关检测电路test信号连接；

电阻R5的另一端与处理器控制信号control信号连接。

本发明的满足国军标的车用电源电路的工作原理为：

系统供电端和系统地端子为系统电源接口，系统供电端供电VCC，保险F1防止大电流烧毁系统；

二极管D1和D2起电源防反接作用以及对输入电源进行半波整流，滤除反向电压，D1耐压250V以上，D2耐压100V以上；

电感L1和电解电容E1形成LC滤波，减缓电压变化率，E1耐压100V以上；

瞬态抑制二极管D3选择双向抑制功能，当电压达到100V以上时开始起作用；

电容C1对电源进行高频滤波，耐压100V以上；

稳压管Z1起钳制电压作用，保证PMOS管Q1导通时，栅极和源极之间的电压差为固定值；

电阻R1主要与PMOS管Q1的栅极和源极之间的结电容形成放电回路，保证PMOS管Q1快速关断，另外R1也可消耗PMOS管Q1和NPN管Q2上的漏电流；

PMOS管Q1选择击穿电压100V以上；

选择的二极管D1正向压降加PMOS管Q1导通电阻的压降要小于2V；

电解电容E2和电容C2为后续供电进行滤波；

DC/DC电源模块U1选择4:1电源，电源正极输入管脚Vin+输入电压为9V～36V，电源正极输出管脚Vout+为后续电源电路供电端，输出稳定电压VCC2；

按钮S1为车体启动按钮或钥匙开关；

二极管D4和二极管D5起单向保护作用，防止车上其他设备对本系统造成影响；

电阻R2和电阻R5起限流作用，防止NPN管Q2的基极电流太大；

NPN管Q2、电容C3、电阻R3、电阻R4和稳压管Z3形成恒流源，稳压管Z3起钳制电压作用，该电压值减去NPN管Q2的导通压降后为电阻R4的电压，该电压作用在电阻R4上的电流即NPN管Q2导通后其集电极的电流值，NPN管Q2和电容C3均需选择耐压100V以上器件；

稳压管Z2选取原则：在稳态供电小于等于33V时，PMOS管Q1工作在饱和导通状态，在暂态电压大于33V时，PMOS管Q1工作在放大状态，但Q1输出电压应小于DC/DC电源模块U1的最大输入电压36V，即稳压管Z2电压+电阻R4电压应大于33V且小于36V；

信号control为处理器输出控制信号，与按钮S1信号形成或逻辑，控制NPN管Q2的基极；

信号test经过处理后送入处理器，即处理器可识别驾驶员起动和熄火动作。

在稳定供电23V～33V条件下，PMOS管Q1工作在饱和导通状态，DC/DC电源模块U1输入电压在9V～36V范围内，后续供电亦正常。满足稳定供电23V～33V条件下，电控系统可稳定工作；

该电路最小系统供电VCC＝DC/DC电源模块U1最小输入电压9V+二极管D1正向压降+PMOS管Q1导通电阻的压降，即电路最小系统供电VCC<11V。NPN管Q2一般在基极和发射极之间的电压达到1V～2V即可导通。满足在供电12V条件下，电控系统可稳定工作；

幅值100V、持续时间500ms的浪涌电压加入系统后，瞬态抑制二极管D3不起作用，主要通过PMOS管Q1进入放大状态吸收电压，使DC/DC电源模块U1的输入电压稳定在36V以下，使电控系统稳定工作。满足浪涌电压下正常工作的要求。

在正常工作时，承受幅值250V、上升时间不超过50ns、振荡频率在100KHz～500KHz之间、能量不大于15mJ的尖峰脉冲电压，瞬态抑制二极管D3起作用，在电压达到100V以上时，瞬间击穿，钳制其两端电压为一固定电压值。然后通过PMOS管Q1进入放大状态吸收电压，使DC/DC电源模块U1的输入电压稳定在36V以下，使电控系统稳定工作。满足尖峰脉冲电压下正常工作的要求。

接通系统电源VCC，按下按钮开关S1后，NPN管Q2导通，PMOS管Q1导通，DC/DC电源模块U1开始工作，后续电路开始工作，处理器检测到信号test为高时，信号control输出为高电平；当按钮开关S1断开后，此时信号control为高电平，系统供电仍正常，当处理器检测到信号test为低，根据需要完成断电前工作后，信号control输出为低电平，此时，NPN管Q2截止，PMOS管Q1截止，DC/DC电源模块U1停止工作，从而实现软关断功能。

本发明的实施例电路运行结果表明可以满足国军标的要求并可实现软关断功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。