一種11V～100V寬范圍輸入電壓的電源電路的制作方法

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種11V～100V寬范圍輸入電壓的電源電路。

背景技術(shù)：

在柴油機電控系統(tǒng)設(shè)計中，要求其電源電路需要滿足：

(1)在穩(wěn)定供電最大范圍23V～33V條件下，電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作；

(2)在初始嚙合浪涌電壓條件下，最低供電電壓可達12V，此時要求電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作；

(3)可承受多次幅值100V、持續(xù)時間500ms的浪涌電壓，電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作；

(4)在正常工作時，可承受多次幅值250V、上升時間不超過50ns、振蕩頻率在100KHz～500KHz之間、能量不大于15mJ的尖峰脈沖電壓，電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

另外在實際應(yīng)用中，要求電源電路具備軟關(guān)斷功能，保證在駕駛員熄火后，各項數(shù)據(jù)保存完整。

目前通過反激式開關(guān)電源將33V～100V的電壓調(diào)整到33V以下來實現(xiàn)浪涌電壓條件下系統(tǒng)可正常工作，該電路功能需要電壓采樣、反饋控制等子模塊輔助實現(xiàn)。電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)較繁瑣。

而現(xiàn)有專門的集成電源模塊的溫度范圍、輸入電壓范圍均不符合要求，需要增加其他輔助處理電路，且模塊尺寸大，不適宜實現(xiàn)控制系統(tǒng)小型化。這就需要一個結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)、滿足柴油機電源技術(shù)要求并可實現(xiàn)軟關(guān)斷功能的電源電路，保證電控系統(tǒng)在各種供電條件下正常工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種11V～100V寬范圍輸入電壓的電源電路，以保證電控系統(tǒng)在各種供電條件下均可正常工作并可實現(xiàn)軟關(guān)斷功能。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種11V～100V寬范圍輸入電壓的電源電路，包括保險F1、二極管D1、二極管D2、瞬態(tài)抑制二極管D3、二極管D4、二極管D5、電感L1、電解電容E1、電解電容E2、電容C1、電容C2、電容C3、穩(wěn)壓管Z1、穩(wěn)壓管Z2、穩(wěn)壓管Z3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、PMOS管Q1、NPN管Q2、DC/DC電源模塊U1和按鈕S1；

所述保險F1的一端為系統(tǒng)供電端，該端還與所述按鈕S1的一端電連接；

所述保險F1的另一端與所述二極管D1的正極電連接；

所述二極管D1的負極分別與所述二極管D2的負極以及電感L1的一端電連接；

所述二極管D2的正極與系統(tǒng)地GND電連接；

所述瞬態(tài)抑制二極管D3、電解電容E1和電容C1并聯(lián)，所述穩(wěn)壓管Z1和電阻R1并聯(lián)；

所述電感L1的另一端分別與所述瞬態(tài)抑制二極管D3的一端、電解電容E1的正極、電容C1的一端、穩(wěn)壓管Z1的負極、電阻R1的一端和PMOS管Q1的源極電連接；

所述瞬態(tài)抑制二極管D3的另一端接系統(tǒng)地GND；

所述穩(wěn)壓管Z1的正極與PMOS管Q1的柵極和NPN管Q2的集電極電連接；

所述電解電容E2和電容C2并聯(lián)；

所述POMS管Q1的漏記分別與所述穩(wěn)壓管Z2的負極、電解電容E2的正極、電容C2的一端和DC/DC電源模塊U1的電源正極輸入管腳電連接；

所述電解電容E2的負極和DC/DC電源模塊U1的電源負極輸入管腳接系統(tǒng)地GND；

所述穩(wěn)壓管Z2的正極與NPN管Q2的發(fā)射極和電阻R4的一端電連接；

所述電阻R4的另一端接系統(tǒng)地GND；

所述電容C3、穩(wěn)壓管Z3和電阻R3并聯(lián)，其一端接系統(tǒng)地GND，另一端與所述NPN管Q2的基極、電阻R2的一端和電阻R5的一端電連接；

所述電阻R2的另一端與二極管D4的負極電連接；

所述二極管D4的正極與所述按鈕S1的另一端和二極管D5的正極電連接；

所述二極管D5的負極與開關(guān)檢測電路test信號連接；

所述電阻R5的另一端與處理器控制信號control信號連接。

進一步的，所述二極管D1耐壓250V以上，所述二極管D2、電解電容E1、電容C1、NPN管Q2和電容C3均耐壓100V以上，所述PMOS管Q1擊穿電壓100V以上。

進一步的，所述瞬態(tài)抑制二極管D3為雙向抑制，且當電壓達到100V以上時開始起作用。

進一步的，所述二極管D1正向壓降加PMOS管Q1導(dǎo)通電阻的壓降小于2V。

進一步的，所述DC/DC電源模塊U1壓降比為4:1，輸入電壓范圍為9V～36V。

進一步的，所述按鈕S1為車體啟動按鈕或鑰匙開關(guān)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的11V～100V寬范圍輸入電壓的電源電路具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明所述的11V～100V寬范圍輸入電壓的電源電路，電路結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)；輸入電壓范圍廣；具備軟關(guān)斷功能。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例所述的滿足國軍標的車用電源電路示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括保險F1、二極管D1、二極管D2、瞬態(tài)抑制二極管D3、二極管D4、二極管D5、電感L1、電解電容E1、電解電容E2、電容C1、電容C2、電容C3、穩(wěn)壓管Z1、穩(wěn)壓管Z2、穩(wěn)壓管Z3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、PMOS管Q1、NPN管Q2、DC/DC電源模塊U1和按鈕S1；

保險F1的一端為系統(tǒng)供電端，該端還與按鈕S1的一端電連接；

保險F1的另一端與二極管D1的正極電連接；

二極管D1的負極分別與二極管D2的負極以及電感L1的一端電連接；

二極管D2的正極與系統(tǒng)地GND電連接；

瞬態(tài)抑制二極管D3、電解電容E1和電容C1并聯(lián)，穩(wěn)壓管Z1和電阻R1并聯(lián)；

電感L1的另一端分別與瞬態(tài)抑制二極管D3的一端、電解電容E1的正極、電容C1的一端、穩(wěn)壓管Z1的負極、電阻R1的一端和PMOS管Q1的源極電連接；

瞬態(tài)抑制二極管D3的另一端接系統(tǒng)地GND；

穩(wěn)壓管Z1的正極與PMOS管Q1的柵極和NPN管Q2的集電極電連接；

電解電容E2和電容C2并聯(lián)；

POMS管Q1的漏記分別與穩(wěn)壓管Z2的負極、電解電容E2的正極、電容C2的一端和DC/DC電源模塊U1的電源正極輸入管腳電連接；

電解電容E2的負極和DC/DC電源模塊U1的電源負極輸入管腳接系統(tǒng)地GND；

DC/DC電源模塊U1的電源正極輸出管腳為后續(xù)電源電路供電端；

DC/DC電源模塊U1的電源負極輸出管腳接后續(xù)電源電路地GND2；

穩(wěn)壓管Z2的正極與NPN管Q2的發(fā)射極和電阻R4的一端電連接；

電阻R4的另一端接系統(tǒng)地GND；

電容C3、穩(wěn)壓管Z3和電阻R3并聯(lián)，其一端接系統(tǒng)地GND，另一端與NPN管Q2的基極、電阻R2的一端和電阻R5的一端電連接；

電阻R2的另一端與二極管D4的負極電連接；

二極管D4的正極與按鈕S1的另一端和二極管D5的正極電連接；

二極管D5的負極與開關(guān)檢測電路test信號連接；

電阻R5的另一端與處理器控制信號control信號連接。

本發(fā)明的滿足國軍標的車用電源電路的工作原理為：

系統(tǒng)供電端和系統(tǒng)地端子為系統(tǒng)電源接口，系統(tǒng)供電端供電VCC，保險F1防止大電流燒毀系統(tǒng)；

二極管D1和D2起電源防反接作用以及對輸入電源進行半波整流，濾除反向電壓，D1耐壓250V以上，D2耐壓100V以上；

電感L1和電解電容E1形成LC濾波，減緩電壓變化率，E1耐壓100V以上；

瞬態(tài)抑制二極管D3選擇雙向抑制功能，當電壓達到100V以上時開始起作用；

電容C1對電源進行高頻濾波，耐壓100V以上；

穩(wěn)壓管Z1起鉗制電壓作用，保證PMOS管Q1導(dǎo)通時，柵極和源極之間的電壓差為固定值；

電阻R1主要與PMOS管Q1的柵極和源極之間的結(jié)電容形成放電回路，保證PMOS管Q1快速關(guān)斷，另外R1也可消耗PMOS管Q1和NPN管Q2上的漏電流；

PMOS管Q1選擇擊穿電壓100V以上；

選擇的二極管D1正向壓降加PMOS管Q1導(dǎo)通電阻的壓降要小于2V；

電解電容E2和電容C2為后續(xù)供電進行濾波；

DC/DC電源模塊U1選擇4:1電源，電源正極輸入管腳Vin+輸入電壓為9V～36V，電源正極輸出管腳Vout+為后續(xù)電源電路供電端，輸出穩(wěn)定電壓VCC2；

按鈕S1為車體啟動按鈕或鑰匙開關(guān)；

二極管D4和二極管D5起單向保護作用，防止車上其他設(shè)備對本系統(tǒng)造成影響；

電阻R2和電阻R5起限流作用，防止NPN管Q2的基極電流太大；

NPN管Q2、電容C3、電阻R3、電阻R4和穩(wěn)壓管Z3形成恒流源，穩(wěn)壓管Z3起鉗制電壓作用，該電壓值減去NPN管Q2的導(dǎo)通壓降后為電阻R4的電壓，該電壓作用在電阻R4上的電流即NPN管Q2導(dǎo)通后其集電極的電流值，NPN管Q2和電容C3均需選擇耐壓100V以上器件；

穩(wěn)壓管Z2選取原則：在穩(wěn)態(tài)供電小于等于33V時，PMOS管Q1工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，在暫態(tài)電壓大于33V時，PMOS管Q1工作在放大狀態(tài)，但Q1輸出電壓應(yīng)小于DC/DC電源模塊U1的最大輸入電壓36V，即穩(wěn)壓管Z2電壓+電阻R4電壓應(yīng)大于33V且小于36V；

信號control為處理器輸出控制信號，與按鈕S1信號形成或邏輯，控制NPN管Q2的基極；

信號test經(jīng)過處理后送入處理器，即處理器可識別駕駛員起動和熄火動作。

在穩(wěn)定供電23V～33V條件下，PMOS管Q1工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，DC/DC電源模塊U1輸入電壓在9V～36V范圍內(nèi)，后續(xù)供電亦正常。滿足穩(wěn)定供電23V～33V條件下，電控系統(tǒng)可穩(wěn)定工作；

該電路最小系統(tǒng)供電VCC＝DC/DC電源模塊U1最小輸入電壓9V+二極管D1正向壓降+PMOS管Q1導(dǎo)通電阻的壓降，即電路最小系統(tǒng)供電VCC<11V。NPN管Q2一般在基極和發(fā)射極之間的電壓達到1V～2V即可導(dǎo)通。滿足在供電12V條件下，電控系統(tǒng)可穩(wěn)定工作；

幅值100V、持續(xù)時間500ms的浪涌電壓加入系統(tǒng)后，瞬態(tài)抑制二極管D3不起作用，主要通過PMOS管Q1進入放大狀態(tài)吸收電壓，使DC/DC電源模塊U1的輸入電壓穩(wěn)定在36V以下，使電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作。滿足浪涌電壓下正常工作的要求。

在正常工作時，承受幅值250V、上升時間不超過50ns、振蕩頻率在100KHz～500KHz之間、能量不大于15mJ的尖峰脈沖電壓，瞬態(tài)抑制二極管D3起作用，在電壓達到100V以上時，瞬間擊穿，鉗制其兩端電壓為一固定電壓值。然后通過PMOS管Q1進入放大狀態(tài)吸收電壓，使DC/DC電源模塊U1的輸入電壓穩(wěn)定在36V以下，使電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作。滿足尖峰脈沖電壓下正常工作的要求。

接通系統(tǒng)電源VCC，按下按鈕開關(guān)S1后，NPN管Q2導(dǎo)通，PMOS管Q1導(dǎo)通，DC/DC電源模塊U1開始工作，后續(xù)電路開始工作，處理器檢測到信號test為高時，信號control輸出為高電平；當按鈕開關(guān)S1斷開后，此時信號control為高電平，系統(tǒng)供電仍正常，當處理器檢測到信號test為低，根據(jù)需要完成斷電前工作后，信號control輸出為低電平，此時，NPN管Q2截止，PMOS管Q1截止，DC/DC電源模塊U1停止工作，從而實現(xiàn)軟關(guān)斷功能。

本發(fā)明的實施例電路運行結(jié)果表明可以滿足國軍標的要求并可實現(xiàn)軟關(guān)斷功能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。