一种基于车载24V系统的供电自动控制电路的制作方法

一种基于车载24v系统的供电自动控制电路
技术领域
1.本实用新型涉及汽车电源技术领域，尤其涉及一种基于车载24v系统的供电自动控制电路及方法。


背景技术：

2.随着汽车行业的进步，市场上出现了压缩比更高、排量更大的大型车，因为大型车压缩比高，各部分摩擦系数大，启动力会受阻，所以需要高压大电流的启动器来启动，此时传统的12v电源系统就不满足要求了，需要用到更高的 24v电源系统。24v电源采用两块12v蓄电池串联，相应的最高电压可达32v，最低可能亏电到9v以下。因为电池电压的范围比较宽，而且汽车有打火和熄火两种状态，所以负载电路由蓄电池供电时，需要根据即时蓄电池电源电压值和汽车的点火状态进行开关状态切换。开关切换状态如不能根据即时状态自动控制就会导致负载电路电压异常，严重时会导致汽车蓄电池漏电。此时，考虑需要一种低成本的供电自动控制电路来确保汽车蓄电池不亏电，同时还能保证负载电路能正常运行。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的在于针对现有技术中不能根据即时状态自动控制通电断电状态导致负载电路电压异常，严重时会导致汽车蓄电池漏电的缺点，提供一种低成本的基于车载24v系统的供电自动控制电路及方法。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于车载24v系统的供电自动控制电路，用于根据车载24v电源状态和汽车点火状态自动控制负载电路的供电，点火信号电路、使能控制电路和直流降压电路，所述点火信号电路的电源输入端与车载24v电源的正极电性连接，所述点火信号电路的电平信号输出端与所述使能控制电路的第二输入端电性连接，所述使能控制电路的第一输入端与车载24v电源的正极电性连接，所述直流降压电路的输入端与车载24v电源的正极电性连接，所述直流降压电路的使能端与所述使能控制电路的输出端电性连接，所述直流降压电路的输出端与负载电路电性连接；
5.所述使能控制电路根据第一输入端、第二输入端的电压值输出使能控制电压，所述直流降压电路根据使能端的使能控制电压值控制输出端与输入端的导通、断开。
6.优选地，所述使能控制电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、接地端、npn三极管、pnp三极管和稳压二极管，所述稳压二极管的阴极作为所述使能控制电路的第一输入端与车载 24v电源的正极电性连接，所述稳压二极管的阳极与所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述接地端顺序串联连接，所述稳压二极管的阳极与所述第四电阻、所述第五电阻依次串联连接，所述pnp三极管的发射极与所述稳压二极管的阳极电性连接，所述pnp三极管的集电极与所述第二电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第二端作为所述使能控制电路的输出端与所述直流降压电路的使能端电性连接，所述pnp三极管的基极与所述第五电阻的第一端电性连接，所述第五电阻的第二端与所述npn三极管的集电极电性连接，所述 npn三极管的发射极与所述接地端电性
连接，所述npn三极管的基极与所述第六电阻的第一端电性连接，所述第六电阻的第二端作为所述使能控制电路的第二输入端与所述点火信号电路的电平信号输出端电性连接，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻、所述接地端顺序串联连接。
7.优选地，所述直流降压电路包括直流转换直流降压芯片，所述直流转换直流降压芯片的输入端与车载24v电源的正极电性连接，所述直流转换直流降压芯片的输出端与负载电路电性连接为负载电路供电，所述直流转换直流降压芯片的使能端与所述使能控制电路的输出端电性连接，所述直流转换直流降压芯片的输出端输出电压为5v。
8.优选地，所述第一电阻阻值为1.07mω，所述第二电阻阻值为220kω，所述第三电阻和第五电阻阻值为100kω，所述第四电阻阻值为499kω，所述第六电阻阻值为150kω，所述第七电阻阻值为10kω，所述稳压二极管的压降值为 5.1v。
9.优选地，所述车载24v电源包括两节12v蓄电池，所述两节12v蓄电池串联连接对外供电。
10.优选地，所述负载电路包括v2x负载电路、can总线负载电路和tcu采集电路。
11.优选地，所述稳压二极管压降值误差范围
±
0.3v，所述第一电阻的阻值误差范围为
±
1％，所述第二电阻的阻值误差范围为
±
1％，所述第三电阻的阻值误差范围为
±
1％。
12.优选地，所述直流转换直流降压芯片的使能端的临界电压值为1.2v。
13.本实用新型提供的一种基于车载24v系统的供电自动控制电路及方法具有以下有益效果：通过采用第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、npn三极管、pnp三极管和稳压二极管等分立器件组成的自动控制电路，根据车载24v电源的电压值和点火信号电平实现了负载电路的自动通电、断电调节，自动控制电路实现成本较低，且节省了内部电路板的空间；该自动控制电路的功耗较小，在车载24v电源电压24v供电时，其漏电流最大为66ua；该控制电路不占用任何mcu或其他处理器的io、adc等资源，完全受外部信号自动控制，一方面可以减少因为程序控制带来的系统稳定性变差的风险，另一方面也可以减少整体汽车系统的项目资源；该自动控制电路具有稳压二极管，在车载24v电源的电压和点火信号电平低于5.1v时，汽车系统不会出现误操作导致整个系统有漏电的风险；同时，因为该电路中的稳压二极管和各个电阻阻值可根据需求调整，也可以适用于12v或48v电源系统，有极强的扩展性，因此可适用各种控制需求和器件需求。
附图说明
14.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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
15.图1所示为本实用新型一个实施例提供的一种基于车载24v系统的供电自动控制电路的电路原理图；
16.10、车载24v电源；20、点火信号电路；30、负载电路；40、直流降压电路；50、使能控制电路；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；r7、第七电阻；d1、稳压二极管；q1、pnp三极管；q2、npn三极管；u1、直流转换直流降压芯片；gnd、接地端。
具体实施方式
17.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
18.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
19.本实用新型总的思路是：针对现有技术中不能根据即时状态自动控制通电断电状态导致负载电路电压异常，严重时会导致汽车蓄电池漏电的缺点，本实用新型提供的一种基于车载24v系统的供电自动控制电路及方法具有以下有益效果：通过采用第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、npn三极管、pnp三极管和稳压二极管等分立器件组成的自动控制电路，根据车载24v电源的电压值和点火信号电平实现了负载电路的自动通电、断电调节，自动控制电路实现成本较低，且节省了内部电路板的空间；该自动控制电路的功耗较小，在车载24v电源电压24v供电时，其漏电流最大为66ua；该控制电路不占用任何mcu或其他处理器的io、adc等资源，完全受外部信号自动控制，一方面可以减少因为程序控制带来的系统稳定性变差的风险，另一方面也可以减少整体汽车系统的项目资源；该自动控制电路具有稳压二极管，在车载24v电源的电压和点火信号电平低于5.1v时，汽车系统不会出现误操作导致整个系统有漏电的风险；同时，因为该电路中的稳压二极管和各个电阻阻值可根据需求调整，也可以适用于12v或48v电源系统，有极强的扩展性，因此可适用各种控制需求和器件需求。
20.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
21.参照图1，图1所示为本实用新型的一个基于车载24v系统的供电自动控制电路的电路原理图；在本实施例中，供电自动控制电路包括点火信号电路20、使能控制电路50和直流降压电路40，点火信号电路的电源输入端与车载24v 电源10的正极电性连接，点火信号电路的电平信号输出端与使能控制电路的第二输入端电性连接，使能控制电路的第一输入端与车载24v电源的正极电性连接，直流降压电路的输入端与车载24v电源的正极电性连接，直流降压电路的使能端与使能控制电路的输出端电性连接，直流降压电路的输出端与负载电路 30电性连接；使能控制电路根据第一输入端、第二输入端的电压值输出使能控制电压，直流降压电路根据使能端的使能控制电压值控制输出端与输入端的导通、断开。
22.供电自动控制电路用于控制负载电路30与车载24v电源10的通电和断电，其根据车载24v电源的电压状态和汽车运行状态来控制负载电路与车载24v电源之间的线路导通和断开，汽车运行状态即为点火状态，即点火和熄火。点火信号电路根据汽车打火装置的打火状态输出点火信号，通常，汽车打火装置为点火和熄火两档，即点火信号为高电平和低电平两种电平信号，当处于打火状态，点火信号电路的电源输入端和电平信号输出端导通，电平信号输出端电压为电源输入端电压，电源输入端与车载24v电源电性连接，即电平信号输
出端电源在打火状态下为车载24v电源的电压，当处于熄火状态，点火信号电路的电源输入端和电平信号输出端断开，即电平信号输出端电源在熄火状态下无电压。汽车打火装置主要包括车载24v电源或发电机、点火线圈、分电器、点火开关、火花塞以及相关的控制电路组成，其中点火开关是一种电控制器件，作用是接通、断开吸引线圈和保持线圈电路。
23.车载24v电源具体地由两节12v蓄电池串联连接而成，对各种负载电路供电，两节12v蓄电池串联，其在满电状态下，相应的最高电压可达32v，其在亏电状态下，最低可能亏电到9v以下，故车载24v电源的电压范围比较宽，而负载电路由蓄电池进行供电的，在汽车运行和熄火状态下，需要根据不同蓄电池电压和汽车点火状态进行负载电路的开关模式切换。
24.在负载电路中，有tcu采集电路，其通过连接车上can总线采集车辆辆相关信息包括位置信息、姿态信息、车辆状态信息等，然后通过无线通信将信息传送到tsp平台。同时用户可以使用手机app和web客户端通过tsp平台下发指令给tbox终端，对车辆进行控制操作。因此在汽车运行状态下，确保负载电路的供电，保持负载电路的正常运行，在汽车熄火状态下，保证负载电路对蓄电池的电量损耗，导致整车亏电。负载电路还包括v2x负载电路、can总线负载电路等。
25.使能控制电路作为本供电自动控制电路的核心控制部分，其两个输入端分别连接车载24v电源、点火信号电平信号输出端，通过检测车载24v电源电压值和点火电信电平输出与车载24v电源电压值和点火电信电平呈选择计算相关联的使能控制电压信号，来对负载电路的通电和断电进行控制。
26.直流降压电路作为本供电自动控制电路的开关控制部分，其输入端与车载 24v电源的正极连接，其输出端与负载电路连接，而输入端和输出端的导通和断开，则通过其使能端的使能控制电压信号而控制，当使能控制电路输出的使能控制电压信号的电压值大于直流降压电路的临界电压值时，输入端和输出端处于导通状态，车载24v电源为负载电路供电，当使能控制电路输出的使能控制电压信号的电压值小于直流降压电路的临界电压值时，输入端和输出端处于断开状态，车载24v电源与负载电路不通电。
27.对于使能控制电路的功能实现原理电路可以为各种器件组成，只需满足两个输入端，一端连接车载24v电源，一端连接点火信号电平，一个输出端输出使能控制电压信号，其输入输出关系需满足：在点火信号电平处于高电平时，其输出的使能控制电压信号在一个可预设范围，在点火信号电平处于低电平时，其输出的使能控制电压信号在另一个可预设范围。同时使能控制电路还需器件尽量少，不占用任何mcu或其它处理器的io、adc等资源，还可以适用于其他阈值的12v或者其它48v电源系统，有极强的扩展性使能，能适应各种不同的直流降压控制开关等。具体地，使能控制电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、接地端 gndgnd、npn三极管q2、pnp三极管q1和稳压二极管d1，稳压二极管d1的阴极作为使能控制电路的第一输入端与车载24v电源的正极电性连接，稳压二极管d1的阳极与第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、接地端gnd顺序串联连接，稳压二极管d1的阳极与第四电阻r4、第五电阻r5依次串联连接，pnp 三极管q1的发射极与稳压二极管d1的阳极电性连接，pnp三极管q1的集电极与第二电阻r2的第一端电性连接，第二电阻r2的第二端作为使能控制电路的输出端与直流降压电路的使能端电性连接，pnp三极管q1的基极与第五电阻r5 的第一端电性连接，第五电阻r5的第二
端与npn三极管q2的集电极电性连接， npn三极管q2的发射极与接地端gnd电性连接，npn三极管q2的基极与第六电阻r6的第一端电性连接，第六电阻r6的第二端作为使能控制电路的第二输入端与点火信号电路的电平信号输出端电性连接，第六电阻r6的第二端与第七电阻r7、接地端gnd顺序串联连接。接地端一般连接在汽车的公共地上。
28.当点火信号电平为低电平时，点火信号电压经第六电阻r6和第七电阻r7 分压后，npn三级管处于截止区，此时pnp三极管q1的基极和发射极电压相等， pnp三级管也处于截止状态，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3串联在电路中形成分压，此时的使能电压信号的电压由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和稳压二极管d1的压降决定，即ven＝(vcc-vdl)*r3/(r1+r2+r3)。在本公式中，其中ven为使能电压信号电压值，vcc为车载24v电源电压值，vdl为稳压二极管压降，r1为第一电阻阻值，r2为第二电阻阻值，r3为第三电阻阻值。当点火信号电平为高电平时，点火信号电压经第六电阻r6和第七电阻 r7分压后，npn三级管q2处于饱和区，此时pnp三极管q1在第四电阻r4和第五电阻r5的分压下进入饱和状态，pnp三级管q1导通，第一电阻r1被断路，此时的使能电压信号的电压由第二电阻r2、第三电阻r3和稳压二极管d1的压降决定，即ven＝(vcc-vdl)*r3/(r2+r3)。
29.对于直流降压电路只需满足直流直流降压，能通过控制信号控制直流电源的导通和断开即可。具体地，直流降压电路包括直流转换直流降压芯片u1，直流转换直流降压芯片u1的输入端与车载24v电源的正极电性连接，直流转换直流降压芯片u1的输出端与负载电路电性连接为负载电路供电，直流转换直流降压芯片u1的使能端与使能控制电路的输出端电性连接，直流转换直流降压芯片 u1的输出端输出电压为5v。
30.检测使能电压信号电压值，比较使能电压信号电压值与临界电压值；当使能电压信号电压值高于临界电压值，车载24v电源与负载电路导通通电，输出 5v直流电源；当使能电压信号电压值低于临界电压值，车载24v电源与负载电路断开断电。
31.每种型号的直流转换直流降压芯片的使能端设有固定的临界电压值，可根据使能控制电路选择直流转换直流降压芯片，也可以根据直流转换直流降压芯片固定的临界电压值设计不同输入响应逻辑的使能控制电路。
32.在车载24v系统中，车载24v电源地由两节12v蓄电池串联连接而成，两节12v蓄电池串联，其在满电状态下，相应的最高电压可达32v，其在亏电状态下，最低可能亏电到9v以下，为了保证系统在汽车熄火之后，系统不会因为负载电路耗电而导致整车亏电，本实用新型设定车载24v电源小于22v时，负载电路与车载24v电源断开，负载电路进入关闭模式；为了保证系统在汽车运行状态时，负载电路能正常运行，为汽车提供更好信息信息支持，本实用新型设定车载24v电源大于9v时，负载电路与车载24v电源通电，负载电路进入通电模式。本实用新型设定的熄火状态下的关断电压22v和点火状态下的通电电压9v为汽车设计中的经验值，以上设定值可根据实际需要进行改变。同时，直流转换直流降压芯片根据现有选定芯片可知，使能端的临界电压值为1.2v。
33.以下以设定的熄火状态下的关断电压22v和点火状态下的通电电压9v、使能端临界电压值1.2v为范例对使能控制电路和直流降压电路的各个部件参数做进一步说明。
34.具体地，第一电阻r1阻值为1.07mω，第二电阻r2阻值为220kω，第三电阻r3和第五电阻r5阻值为100kω，第四电阻r4阻值为499kω，第六电阻 r6阻值为150kω，第七电阻r7阻值为10kω，稳压二极管d1的压降值为5.1v。
35.当点火信号为低电平时，根据公式ven＝(vcc-vdl)*r3/(r1+r2+r3)，计算使能控制电压，当车载24v电源电压vcc为21.78v时，使能控制电压信号电压值ven为1.2v，即当车载24v电源电压vcc大于21.78v时，使能控制电压信号电压值高于临界电压值，直流转换直流降压芯片的输出端与输入端导通，负载电路与车载24v电源通电；即当车载24v电源电压vcc不大于21.78v时，使能控制电压信号电压值不高于临界电压值，直流转换直流降压芯片的输出端与输入端断开，负载电路与车载24v电源不通电。
36.当点火信号为高电平时，根据公式ven＝(vcc-vdl)*r3/(r2+r3)，计算使能控制电压，当车载24v电源电压vcc为8.94v时，使能控制电压信号电压值ven 为1.2v，即当车载24v电源电压vcc大于8.94v时，使能控制电压信号电压值高于临界电压值，直流转换直流降压芯片的输出端与输入端导通，负载电路与车载24v电源通电；即当车载24v电源电压vcc不大于8.94v时，使能控制电压信号电压值不高于临界电压值，直流转换直流降压芯片的输出端与输入端断开，负载电路与车载24v电源不通电。
37.以上计算公式的误差主要由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3的阻值和稳压二极管d1的压降决定的，具体地，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3的阻值误差为
±
1％，稳压二极管d1的压降误差为
±
0.3v，汽车熄火后，系统要求的临界电压为22v，目前的实例计算值分别是20.82v-22.73v，汽车点火后，系统要求的临界电压为9v，目前的实例计算值分别是8.37v-9.51v，误差均满足系统
±
2v的要求。
38.本实用新型通过采用第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻 r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、npn三极管q2、pnp三极管q1 和稳压二极管d1等分立器件组成的自动控制电路，根据车载24v电源的电压值和点火信号电平实现了负载电路的自动通电、断电调节，自动控制电路实现成本较低，且节省了内部电路板的空间；该自动控制电路的功耗较小，在车载24v 电源电压24v供电时，其漏电流最大为66ua；该控制电路不占用任何mcu或其他处理器的io、adc等资源，完全受外部信号自动控制，一方面可以减少因为程序控制带来的系统稳定性变差的风险，另一方面也可以减少整体汽车系统的项目资源；该自动控制电路具有稳压二极管，在车载24v电源的电压和点火信号电平低于5.1v时，汽车系统不会出现误操作导致整个系统有漏电的风险；同时，因为该电路中的稳压二极管和各个电阻阻值可根据需求调整，也可以适用于12v或48v电源系统，有极强的扩展性，因此可适用各种控制需求和器件需求。
39.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
40.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
41.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地
改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
42.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
43.本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本实用新型实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
44.应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。