電源供電保護裝置、直流電源和電動車的製作方法

2023-05-01 18:31:52 2

本實用新型屬於電源技術領域，尤其涉及一種電源供電保護裝置、直流電源和電動車。

背景技術：

在新能源車領域，車輛監控設備的供電系統是設備穩定工作的重要保證之一，能夠保證電源元器件承受車輛供電的電壓波動衝擊，防止電源器件被損壞，是保證設備穩定性的重要基礎。特別是新能源電動摩託車領域中，車輛監控設備的供電系統通常是取電動車自身的電池電壓48～72V，電動車上的電源方案設計時電源器件一般要預留至少20％的耐壓值空間，而市面上中高壓耐壓值的電源方案相對較少，耐壓值越高的電源方案價格會高很多。

目前提高耐壓承載力的電路主要有兩種結構：第一種電路結構是在設備系統供電前端加電壓採樣電路、電壓比較電路、運算放大器和MOS管開關電路，這種電路結構一方面元器件比較多，佔用PCB(Printed Circuit Board，印製電路板)空間比較大，另一方面運算放大器的耐壓值一般低於36V，如果車輛提供的供電電壓高於36V則需要增加另外的降壓電路給運算放大器供電，進而進一步增加成本和PCB空間；第二種電路結構是在車輛監控設備的系統供電前端增加電壓採樣電路、單片機檢測控制電路和高耐壓值小電流輸出的LDO(Low dropout regulator，低壓差線性穩壓器)，以控制系統的供電開關，這種路結構同樣元器件比較多、成本比較高。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型實施例提供了一種電源供電保護裝置、直流電源和電動車，以解決現有技術中元器件較多導致成本較高的問題。

本實用新型實施例的第一方面，提供了一種電源供電保護裝置，包括電壓輸入端和電壓輸出端，包括：

過壓檢測單元，與所述電壓輸入端相連，用於在第一輸入電壓大於等於第一閾值時輸出高電平、且在所述第一輸入電壓小於所述第一閾值時輸出低電平；

控制單元，與所述過壓檢測單元相連，用於在所述過壓檢測單元的輸出電平大於等於第二閾值時輸出高電平、且在所述過壓檢測單元的輸出電平小於所述第二閾值時輸出低電平；

開關單元，與所述控制單元和所述電壓輸出端連接，用於在所述控制單元的輸出為高電平時處於斷開狀態、且在所述控制單元的輸出為低電平時處於導通狀態；

其中，所述開關單元處於導通狀態時，所述開關單元的輸出電壓為所述電壓輸入端的第一輸入電壓；所述開關單元處於斷開狀態時，所述開關單元的輸出電壓小於所述第一輸入電壓。

優選的，所述過壓檢測單元包括第一穩壓二極體；所述第一穩壓二極體的負極與所述第一輸入電壓電連接，所述第一穩壓二極體的正極與所述控制單元電連接。

優選的，所述過壓檢測單元還包括第一限流電阻；所述第一穩壓二極體通過所述第一限流電阻與所述控制單元電連接。

優選的，所述控制單元包括第一三極體和第二三極體；

所述第一三極體的基極與所述過壓檢測單元的輸出端電連接，所述第一三極體的集電極與所述第一輸入電壓電連接，所述第一三極體的發射極接地；

所述第二三極體的基極與所述第一三極體的集電極電連接，所述第二三極體的集電極與所述開關單元的第一輸入端電連接，所述第二三極體的發射極接地。

優選的，所述控制單元還包括上拉電阻；所述第一三極體的集電極通過所述上拉電阻與所述第一輸入電壓電連接。

優選的，所述開關單元包括PMOS管；所述PMOS管的柵極與所述控制單元的輸出端電連接，所述PMOS管的源極與所述第一輸入電壓電連接，所述PMOS管的漏極與所述開關單元的輸出端電連接。

優選的，所述開關單元還包括第二穩壓二極體；

所述第二穩壓二極體的負極與所述PMOS管的源極電連接，所述第二穩壓二極體的正極與所述PMOS管的柵極電連接。

優選的，還包括濾波單元；所述濾波單元的輸入端與所述第一輸入電壓電連接，所述濾波單元的輸出端分別與所述過壓檢測單元的輸入端和所述開關單元的輸入端電連接。

本實用新型實施例的第二方面，提供了一種直流電源，包括上述任一電源供電保護裝置。

本實用新型實施例的第三方面，提供了一種電動車，包括上述直流電源。

本實用新型實施例相對於現有技術所具有的有益效果：在第一輸入電壓大於第一閾值(第一輸入電壓過高)時，過壓檢測單元輸出高電平，進而使得控制單元輸出高電平並發送至開關單元；開關單元在接收到高電平時處於斷開狀態，從而使得所述開關單元的輸出電壓小於所述第一輸入電壓，對接入的電源元器件的供電進行斷開保護處理，可保證後端系統電源部分避免第一輸入電壓波動的衝擊，提高耐壓承載能力；而在第一輸入電壓小於第一閾值(第一輸入電壓較低)時，過壓檢測單元輸出低電平，進而使得控制單元根據該低電平輸出低電平並發送至開關單元；開關單元在接收到低電平時處於導通狀態，通過第一輸入電壓直接為接入的後端系統供電。本實用新型實施例，不需要使用運放集成電路或者MCU集成電路，需要電子器件較少，實現成本較低。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例提供的電源供電保護裝置的結構框圖；

圖2是本實用新型實施例提供的電源供電保護裝置的電路結構圖。

具體實施方式

以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統結構、技術之類的具體細節，以便透徹理解本實用新型實施例。然而，本領域的技術人員應當清楚，在沒有這些具體細節的其它實施例中也可以實現本實用新型。在其它情況中，省略對眾所周知的系統、裝置、電路以及方法的詳細說明，以免不必要的細節妨礙本實用新型的描述。

為了說明本實用新型所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。

實施例一

圖1示出了本實用新型實施例一提供的電源供電保護裝置的結構框圖。參見圖1，所述電源供電保護裝置可以包括過壓檢測單元100、控制單元200和開關單元300。

過壓檢測單元100，與所述電壓輸入端相連，用於在所述電壓輸入端的第一輸入電壓Vin大於等於第一閾值時輸出高電平、且在所述第一輸入電壓Vin小於所述第一閾值時輸出低電平。

控制單元200，與所述過壓檢測單元100相連，用於在所述過壓檢測單元100的輸出電平大於等於第二閾值時輸出高電平、且在所述過壓檢測單元100的輸出電平小於所述第二閾值時輸出低電平。

開關單元300，與所述控制單元200和所述電壓輸出端連接，用於在所述控制單元200的輸出為高電平時處於斷開狀態、且在所述控制單元200的輸出為低電平時處於導通狀態。

其中，所述開關單元300處於導通狀態時，所述開關單元300的輸出電壓為所述第一輸入電壓Vin；所述開關單元300處於斷開狀態時，所述開關單元300的輸出電壓小於所述第一輸入電壓Vin。

上述電源供電保護裝置，在第一輸入電壓大於第一閾值(第一輸入電壓Vin過高)時，過壓檢測單元輸出高電平，進而使得控制單元輸出高電平並發送至開關單元；開關單元在接收到高電平時處於斷開狀態，從而使得所述開關單元的輸出電壓小於所述第一輸入電壓Vin，對接入的電源元器件的供電進行斷開保護處理，可保證後端系統電源部分避免第一輸入電壓Vin波動的衝擊，提高耐壓承載能力；而在第一輸入電壓Vin小於第一閾值(第一輸入電壓Vin較低)時，過壓檢測單元輸出低電平，進而使得控制單元根據該低電平輸出低電平並發送至開關單元；開關單元在接收到低電平時處於導通狀態，通過第一輸入電壓Vin直接為接入的後端系統供電。本實用新型實施例，不需要使用運放集成電路或者MCU集成電路，需要電子器件較少，實現成本較低。

參見圖2，一個實施例中，所述過壓檢測單元100可以包括第一穩壓二極體D1。所述第一穩壓二極體D1的負極與所述第一輸入電壓Vin電連接，所述第一穩壓二極體D1的正極與所述控制單元200的輸入端電連接。其中，第一閾值對應所述第一穩壓二極體D1的額定電壓Vz(即反向擊穿電壓)。

可以理解的，在所述第一輸入電壓Vin小於第一穩壓二極體D1的額定電壓Vz時，第一穩壓二極體D1處於截止狀態，過壓檢測單元100輸出端的電壓為0V。在所述第一輸入電壓Vin大於第一穩壓二極體D1的額定電壓Vz時，第一穩壓二極體D1被反向擊穿，過壓檢測單元100輸出端的電壓為所述第一輸入電壓Vin與所述第一穩壓二極體D1額定電壓Vz的差值。

採用第一穩壓二極體D1實現根據第一輸入電壓Vin在大於等於第一閾值時輸出高電平、小於第一閾值時輸出低電平，實現結構簡單，且過壓檢測單元100的輸出電平反應速度較快，能夠與第一輸入電壓Vin保持很好的同步性。本實施例中，可根據實際情況選定第一穩壓二極體D1的具體型號，不同的第一穩壓二極體D1對應的額定電壓不同，從而使得過壓檢測單元100輸出端的電壓也有所不同。

進一步的，所述過壓檢測單元100還可以包括第一限流電阻R1，以防止流過第一穩壓二極體D1過大，對第一穩壓二極體D1造成永久性破壞。所述第一穩壓二極體D1通過所述第一限流電阻R1與所述控制單元200的輸入端電連接。具體的，所述第一限流電阻R1的一端與所述第一穩壓二極體D1的正極電連接，另一端與所述控制單元200的輸入端電連接。本實施例中，第一限流電阻R1的選擇，與所述第一輸入電壓Vin的大小、所述第一穩壓二極體D1的額定電壓和所述控制單元200的有關，可根據實際需要(例如第二閾值的大小)選定相應的第一限流電阻R1。

參見圖2，一個實施例中，所述控制單元200可以包括第一三極體Q1和第二三極體Q2。其中，所述第一三極體Q1的基極與所述過壓檢測單元100的輸出端電連接。所述第一三極體Q1的集電極與所述第一輸入電壓Vin電連接。所述第一三極體Q1的發射極接地。所述第二三極體Q2的基極與所述第一三極體Q1的集電極電連接，所述第二三極體Q2的集電極與所述開關單元300的第一輸入端電連接，所述第二三極體Q2的發射極接地。本實施例中，所述第一三極體Q1和所述第二三極體Q2均為NPN型三極體，但並不以此為限。

參見圖2，所述過壓檢測單元100輸出端的輸出電壓等於所述第一三極體Q1的基極電壓。當所述第一三極體Q1的基極電壓大於0.7V時，所述第一三極體Q1處於飽和狀態，所述第一三極體Q1的集電極電壓為低電平。此時，所述第二三極體Q2的基極電壓為低電平，小於0.7V。因此，所述第二三極體Q2處於截止狀態，所述第二三極體Q2的集電極電壓為高電平。

當所述第一三極體Q1的基極電壓小於0.7V時，所述第一三極體Q1處於截止狀態，所述第一三極體Q1的集電極電壓為高電平。此時，所述第二三極體Q2的基極電壓為高電平，大於0.7V。因此，所述第二三極體Q2處於飽和狀態，所述第二三極體Q2的集電極電壓為低電平。

進一步的，參見圖2，所述控制單200還可以包括上拉電阻R2。所述第一三極體Q1的集電極通過所述上拉電阻R2與所述第一輸入電壓Vin電連接。上拉電阻R2的阻值大小可以根據所述第一三極體Q1的性能來選定。其中，上拉電阻R2的阻值不宜過大也不易過小。在上拉電阻R2阻值過大可能會引起第一三極體Q1的集電極輸出電平的延遲，導致控制單元200輸出的電平與所述第一輸入電壓Vin同步性較差，進而使得在需要開關單元300斷開或導通時反應較慢，最終導致對開關單元300輸出端的輸出電壓起不到很好的保護作用。

例如，在所述第一輸入電壓Vin較高(例如大於第一閾值)時，開關單元300本應斷開，使得開關單元300的輸出電壓小於所述第一輸入電壓Vin，例如為0V；且在所述第一輸入電壓Vin較低(例如小於第一閾值)時，開關單元300本應導通，使得開關單元300的輸出電壓即為當前的所述第一輸入電壓Vin。而若上拉電阻R2阻值過大時，會使得在所述第一輸入電壓Vin較高時，開關單元300可能會出現導通情況，以及在所述第一輸入電壓Vin較低時，開關單元300可能會出現斷開情況。

優選的，所述控制單200還可以包括第二限流電阻R3。第二限流電阻R3的兩端分別與第二三極體Q2的集電極和所述開關單元的輸入端電連接。所述第二三極體Q2通過所述第二電流電阻R3與所述開關單元300電連接。

另外，在第一三極體Q1的基極和發射極之間還設置有電阻R4。具體的，電阻R4的一端與第一三極體Q1的基極電連接，另一端與第一三極體Q1的發射極電連接。電阻R4用於為第一三極體Q1的基極提供偏置電壓，以使得第一三極體Q1能夠工作在放大狀態。

參見圖2，作為一種可實施方式，所述開關單元300包括PMOS管T1。所述PMOS管T1的柵極與所述控制單元200的輸出端電連接，所述PMOS管T1的源極與所述第一輸入電壓Vin電連接，所述PMOS管T1的漏極與所述開關單元200的輸出端電連接。

可以理解的，當控制單元200輸出的電壓為低電平時，PMOS管T1導通(即源極和漏極導通)，開關單元300輸出端的輸出電壓Vcc即為所述第一輸入電壓Vin。當控制單元200輸出的電壓為高電平時，PMOS管T1截止(即源極和漏極導通斷開)，開關單元300輸出端的輸出電壓Vcc小於所述第一輸入電壓Vin，等於零。

優選的，參見圖2，所述開關單元300還可以包括第二穩壓二極體D2。所述第二穩壓二極體D2的負極與所述PMOS管T1的源極電連接，所述第二穩壓二極體D2的正極與所述PMOS管T1的柵極電連接。所述第二穩壓二極體D2用於限制所述PMOS管T1的偏置電壓Vgs小於等於第二穩壓二極體D2的額定電壓。本實施例中，第二穩壓二極體D2的額定電壓可以為16V左右。

進一步的，所述開關單元300還可以包括第三限流電阻R5。第三限流電阻R5與所述第二穩壓二極體D2並聯。

另外，所述開關單元300包括兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端分別是第一輸入端和第二輸入端。其中，所述PMOS管T1的柵極與所述開關單元300的第一輸入端電連接。所述PMOS管T1的源極與所述開關單元300的第二輸入端電連接。所述PMOS管T1的漏極與所述開關單元300的輸出端電連接。

以下對上述電源供電保護裝置的工作原理進行系統描述：

在第一輸入電壓Vin高於第一穩壓二極體D1的額定電壓時，第一穩壓二極體D1導通，通過第一限流電阻R1，使得第一三極體Q1的基極電壓為第一輸入電壓Vin與第一穩壓二極體D1的額定電壓Vz和第一限流電阻R1的壓降之間的差值。此時，第一三極體Q1的基極電壓為高電平，第一三極體Q1處於飽和狀態，第一三極體Q1的集電極為低電平，進而使得第二三極體Q2的集電極為高電平。而PMOS管T1在柵極為高電平的情況下斷開，即源極和漏極不導通，此時開關單元300輸出端的電壓Vcc為零，從而在第一輸入電壓Vin太高的情況下，對接入的後端系統的供電進行斷開保護處理。即，可保證後端系統電源部分避免第一輸入電壓Vin波動的衝擊，提高耐壓承載能力。

在第一輸入電壓Vin降低至小於第一穩壓二極體D1的額定電壓時，第一穩壓二極體D1截止，使得第一三極體Q1的基極電壓為低電平。此時，第一三極體Q1的集電極為高電平，進而使得第二三極體Q2的集電極為低電平。而PMOS管T1在柵極為低電平的情況下導通，即源極和漏極導通。此時，開關單元300輸出端的電壓Vcc為即為第一輸入電壓Vin，從而在第一輸入電壓Vin較低的情況下，使得第一輸入電壓Vin直接為接入的後端系統供電。

較佳的，參見圖1，所述電源供電保護裝置還可以包括濾波單元400。所述濾波單元400的輸入端與所述第一輸入電壓Vin電連接，所述濾波單元400的輸出端分別與所述過壓檢測單元100的輸入端和所述開關單元300的輸入端電連接。具體的，所述開關單元300的第二輸入端與所述濾波單元400的輸出端電連接。其中，所述過壓檢測單元100通過所述濾波單元400與所述第一輸入電壓Vin電連接。所述控制單元200的第一三極體Q1的集電極通過所述濾波單元400與所述第一輸入電壓Vin電連接。所述開關單元300通過所述濾波單元400與所述第一輸入電壓Vin電連接。

本實施例中，濾波單元400可以根據實際情況選用合適的濾波電路，例如電容濾波電路、電感濾波電路以及複式濾波電路。本實施例中，濾波單元400選用電容濾波電路，包括相併聯的第一電容C1和第二電容C2。為便於表述，將包括相併聯的第一電容C1和第二電容C2統稱為電容器。

可以理解的，當所述第一輸入電壓Vin加到電容器兩端的時候，對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當所述第一輸入電壓Vin失去(或降低)之後，電容器將把儲存的電能再放出來。對電容器充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；對電容器放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。對於電感濾波電路和複式濾波電的工作原理可以參考電容濾波電路的工作原理，在此不再贅述。

上述電源供電保護裝置，在第一輸入電壓Vin大於第一閾值(第一輸入電壓Vin過高)時，過壓檢測單元100根據該第一輸入電壓Vin輸出高電平；該高電平大於第二閾值時，控制單元200根據該高電平輸出高電平並發送至開關單元300；開關單元300在接收到高電平時處於斷開狀態，從而使得所述開關單元300輸出端的輸出電壓小於所述第一輸入電壓Vin，對接入的後端系統的供電進行斷開保護處理，可保證後端系統電源部分避免第一輸入電壓Vin波動的衝擊，提高耐壓承載能力；而在第一輸入電壓Vin小於第一閾值(第一輸入電壓Vin較低)時，過壓檢測單元100根據該第一輸入電壓Vin輸出低電平；該低電平大於第二閾值時，控制單元200根據該低電平輸出低電平並發送至開關單元300；開關單元300在接收到低電平時處於導通狀態，通過第一輸入電壓Vin直接為接入的後端系統供電。而且上述電源供電保護裝置不需要使用運放集成電路或者MCU集成電路，實現成本較低。

實施例二

對應於上文實施例所述的電源供電保護裝置，本實施例提供了一種直流電源，包括上述任一種電源供電保護裝置，具有上述供電保護裝置所具有的所有優點，在此不再贅述。

實施例三

對應於上文實施例所述的直流電源，本實施例提供了一種電動車，包括上述任一種直流電源，具有上述直流電源所具有的所有優點，在此不再贅述。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為了描述的方便和簡潔，僅以上述各功能單元、模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能單元、模塊完成，即將所述裝置的內部結構劃分成不同的功能單元或模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。實施例中的各功能單元、模塊可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中，上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。另外，各功能單元、模塊的具體名稱也只是為了便於相互區分，並不用於限制本申請的保護範圍。上述系統中單元、模塊的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、或者計算機軟體和電子硬體的結合來實現。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本實用新型的範圍。

在本實用新型所提供的實施例中，應該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的系統實施例僅僅是示意性的，例如，所述模塊或單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通訊連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通訊連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本實用新型各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。

以上所述實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。