一种电动车控制器耐高压灌入的信号输出电路的制作方法

1.本实用新型涉及通信电平转换技术领域，具体涉及一种电动车控制器耐高压灌入的信号输出电路。


背景技术：

2.电动车的控制器与外部仪器进行信号交互时，因控制器的单片机电源与外部仪器的单片机电源幅值不一致，此时为保证单片机相互间的通信信号能够有效进行识别，需要对控制器的输出信号进行电平转换。
3.如图1所示，vdc为参考电平匹配端，该参考电平匹配端的电压为外部仪器中单片机的有效电平电压，通常为 5v；in为输入信号端，与控制器的单片机i/o口连接；out为输出信号端，接引出线至外部配件，即与外部仪器的单片机连接。车辆外的电气环境是较为复杂，常常遇到各种已知或未知的干扰，例如静电、浪涌和抛负载等，严重时会导致控制器损坏，图中引出线(输出信号端out)如产生一个高压信号(如电池电压：一般大于24vdc)对其发生短路现象时有：
4.1、控制器的单片机i/o口输出为高时，开关管q1导通，高压信号直接经开关管q1到地短路，此时开关管q1会产生一较大的尖峰电流，由于开关管q1工作在放大状态，使得开关管q1迅速发热后损坏。
5.2、控制器的单片机i/o口输出为低时，则此时开关管q1截止，该高压信号经第二电阻r2到vdc形成回路，此时第二电阻r2会存在较大压差，该压差使第二电阻r2工作在一个较大功率状态下，时间一长会使第二电阻r2直接因过热损坏。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中控制器易损坏的技术问题，本实用新型提供了一种电动车控制器耐高压灌入的信号输出电路，通过设置在开关管集电极与参考电平匹配端之间的二极管防止形成倒灌回路，通过调整设置有开关管的发射极与地之间电阻的阻值的大小有效调整高压灌入产生的电流值。有效解决因输出信号端的引出线对高压发生短路时，高压倒灌对控制器信号输出电路造成损坏的问题。
7.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
8.作为本实用新型的一方面，一种电动车控制器耐高压灌入的信号输出电路，包括开关管q1，开关管q1的集电极通过第二电阻r2与参考电平匹配端vdc连接，开关管q1的集电极与输出信号端out连接，开关管q1的基极通过第三电阻r3与输入信号端in连接，开关管q1的发射极接地，在第二电阻r2与参考电平匹配端vdc之间还连接有用于防止倒灌的二极管d1，二极管d1的阳极与参考电平匹配端vdc连接，二极管d1的阴极与第二电阻r2连接，在开关管q1的发射极与地之间还连接有第一电阻r1。
9.进一步的，在开关管q1的集电极与地之间还连接有双向tvs管d2。
10.实施本实用新型带来的有益效果是：
11.本实用新型提供的一种电动车控制器耐高压灌入的信号输出电路，通过设置在开关管集电极与参考电平匹配端之间的二极管防止形成倒灌回路，通过调整设置有开关管的发射极与地之间电阻的阻值的大小有效调整高压灌入产生的电流值；另外，在开关管的集电极与地之间设置双向tvs管有效释放静电。有效解决因输出信号端的引出线对高压发生短路时，高压倒灌对控制器信号输出电路造成损坏的问题。
附图说明
12.图1为现有技术中的电路原理图；
13.图2为本实用新型实施例提供的第一电路原理图；
14.图3为本实用新型实施例提供的第二电路原理图。
15.图中：输入信号端in；参考电平匹配端vdc；输出信号端out；第一电阻r1；第二电阻r2；第三电阻r3；第四电阻r4；电容c2；二极管d1；双向tvs管d2；开关管q1。
具体实施方式
16.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
17.参阅图1，图1为现有技术中的电路原理图，开关管q1为npn三极管，开关管q1的基极通过第三电阻r3与输入信号端in连接，输入信号端in与控制器的单片机i/o口连接，开关管q1集电极通过第二电阻r2与参考电平匹配端vdc，开关管q1集电极与输出信号端out连接，输出信号端out与外部仪器的单片机连接，开关管q1的发射极接地，开关管q1的基极和发射极之间并联有第四电阻r4，开关管q1的集电极和发射极之间并联有电容c2。
18.第四电阻r4为控制器的单片机i/o口输出电压的分压电阻，c2为输出信号的滤波电容，兼具有静电防护作用。
19.参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的第一电路原理图，改进之处在于，在开关管q1的发射极与地之间连接有第一电阻r1，在第二电阻r2与参考电平匹配端vdc之间连接有二极管d1，二极管d1的阳极与参考电平匹配端vdc连接，二极管d1的阴极与第二电阻r2连接。
20.1、控制器的单片机i/o输出为高时，开关管q1导通，该高电压uout经开关管q1的c、e极后又经第一电阻r1电阻到地形成回路。此时第一电阻r1两端产生一个电压ur1，正极为连接开关管q1的e极，负极为地，即ur1＝ue(ue为开关管q1的e极电压)。如果ue的幅值接近ub时(ub为开关管q1的b极电压)，则开关管q1截止。开关管q1截止后，第一电阻r1两端的电压ur1恢复为0v，瞬间开关管q1又被控制器的单片机i/o口输出的高电平重新打开。此时，开关管q1因第一电阻r1的存在，在开通与关闭间循环往复，达到动态平衡。
21.平衡状态下：ube＝ub
‑
ue
22.ub≈uio/(r3 r4)*r4
23.uio为控制器的单片机输出高电平电压，ube为开关管q1的开启电压，约为0.5v
‑
0.7v。既有
24.ur1＝ue＝ub
‑
(0.5v～0.7v)
25.即，高压uout灌入回路内加在第一电阻r1上的电压值是定值，流经第一电阻r1的电流值是定值。且有
26.ir1＝ie＝ur1/r1＝ue/r1
27.pr1＝ue2/r1
28.uce＝uout
‑
ue
29.pq1≈(uout
‑
ue)*(ue/r1)
30.其中，pr1为第一电阻r1的功率，pq1为开关管q1的功率，ie为开关管q1的e极电流.
31.根据上式的关系式，通过调整第一电阻r1电阻值的大小可有效调整高压灌入产生的电流值ie。
32.通过适当选取开关管q1及第一电阻r1的型号参数，即使输出信号端out对高压(即电池电压)发生短路的情况下，电路器件也不会发生损坏，仅会发生功能失效。排除故障后，控制器输出电路仍能正常工作。
33.另外，因为二极管d1的反向截止特性，对输出信号端out发生短路的高电平电压无法通过第二电阻r2、二极管d1到vdc形成倒灌回路。此处只需选取二极管d1合适的反向耐压值即可。例如，该控制器供电的电池电压为48v，选取二极管的d1的反向耐压值应大于70v。
34.2、控制器的单片机输出为低电平时，开关管q1处于截止状态。只需对三极管参数uce选取合适耐压值，输出电路便不会损坏。例如该控制器供电电池电压为48v，选取三极管的uce的耐压值应大于70v。
35.该电路的设计有效解决因输出信号端的引出线对高压发生短路时，高压倒灌对控制器信号输出电路造成损坏的问题。
36.参阅图3，图3为本实用新型实施例提供的第二电路原理图，为了进一步提升抗静电性能，在开关管q1的集电极与地之间还连接有双向tvs管d2，通过该esd器件可迅速将静电泄放掉，保障相关元器件安全。
37.实施本实用新型实施例带来的有效益果是：
38.本实用新型提供的一种电动车控制器耐高压灌入的信号输出电路，通过设置在开关管集电极与参考电平匹配端之间的二极管防止形成倒灌回路，通过调整设置有开关管的发射极与地之间电阻的阻值的大小有效调整高压灌入产生的电流值；另外，在开关管的集电极与地之间设置双向tvs管有效释放静电。有效解决因输出信号端的引出线对高压发生短路时，高压倒灌对控制器信号输出电路造成损坏的问题。
39.尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。