一种过压保护电路、车载终端及商用车的制作方法

1.本技术属于商用汽车领域，特别涉及一种过压保护电路、一种车载终端及一种商用车。


背景技术：

2.目前，现有车载终端工作电压范围一般为9v～36v，并需要由商用车的电源系统供电。在工作中，现有商用车在电源端会产生能量较高，且相对频繁的电压冲击。一些商用车的电源系统的性能较低，该问题尤其严重。
3.现有车载终端一般在电源输入端设置tvs二极管或压敏电阻等保护器件。该保护器件可以在前述电冲击发生时，保护车载终端免于损坏。
4.但是上述保护措施过于简单，保护力度有限。对于某些电源系统新能不佳的汽车而言，其电源线上可能会产生能量很高的电压冲击。特别是在打火时，该电压冲击的能量可能很高。在该冲击发生时，前述保护措施难以对车载终端提供有效保护。


技术实现要素：

5.基于此，本技术提供了一种过压保护电路，用于车载终端电源输入端口，包括：第一开关管，所述第一开关管的第一端与所述过压保护电路的输出端连接，所述第一开关管的第二端与所述过压保护电路的输入端连接；电压检测单元，检测所述第一开关管的第一端的电压；调理单元，根据所述电压检测单元调节所述第一开关管的控制端的电压，使得所述第一开关管的第一端的电压处于第一预设范围。
6.可选地，所述电压检测单元可以包括：串联连接的第一稳压二极管和第一电阻器，其中所述第一稳压二极管连接于所述第一开关管的第一端；所述第一电阻器接地。
7.可选地，所述电压检测单元还可以包括：第二开关管，所述第二开关管的控制端与所述第一稳压二极管和所述第一电阻器连接，所述第二开关管的第一端与所述调理单元连接。
8.可选地，所述电压检测单元还可以包括：第二电阻器，连接于所述第二开关管的第二端与地之间；第三电阻器，连接于所述第二开关管的第二端与所述第二开关管的控制端之间。
9.可选地，所述调理单元包括：第三开关管，所述第三开关管的第一端与所述第一开关管的控制端连接，所述第三开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接，所述第三开关管的控制端与所述电压检测单元连接；第四电阻器，连接于所述第三开关管的控制端与所述第三开关管的第二端之间。
10.可选地，所述调理单元还可以包括：串联连接的第五电阻器和第一电容器，跨接于所述第三开关管的控制端与所述第三开关管的第一端之间；第二电容器，跨接于所述第三开关管的控制端与所述第三开关管的第一端之间。
11.可选地，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管中的至少一项为单
极型晶体管，其控制端为栅极，第一端为漏极，第二端为源极。
12.可选地，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管中的至少一项为双极型晶体管，其控制端为基极，第一端为集电极，第二端为发射极。
13.可选地，还可以包括：第二稳压二极管，连接于所述第一开关管的控制端与所述第一开关管的第二端端；第六电阻器，连接于所述第一开关管的控制端与地之间。
14.可选地，所述第一开关管的第一端的电压处于第一预设范围可以包括：所述第一开关管的第一端的电压在所述第一预设范围内震荡。
15.本技术还提供一种车载电源，包括前述任意一种过压保护电路。
16.可选地，该车载电源还可以包括：输入电容器，并联于所述过压保护电路的输入端与地之间；输出电容器，并联与所述过压保护电路的输出端；输入二极管，级联连接于所述过压保护电路的输入端；电源模块，级联于所述过压保护电路的输出端。
17.本技术还提供一种车载终端，包括前述任意一种的车载电源，和/或前述任意一种过压保护电路。
18.本技术还提供一种商用车，包括前述任意一种车载终端，和/或前述任意一种车载电源，和/或前述任意一种过压保护电路。
19.本技术的一些实施例提供的过压保护电路可以通过由第一开关管、电压检测单元和调理单元组成的闭环电路进行自动控制，调节输出端电压在第一预设范围内。在电压检测单元检测到输出端电压超过电压阈值时，调理单元可以控制第一开关管关断，切断输入端与输出端之间的电连接，避免来自输入端的电源过电压传导至输出端。在输入端连接汽车电源，输出端连接车载终端的主电源模块时，上述过压保护电路可以有效保护主电源模块以及车载终端免于受到损伤。
20.由于上述过压保护电路中不包含功率吸收器件，在较大能量的电源电压冲击出现时，过压保护电路的大部分器件的功率并不高。因而该较大能量的电源电压冲击并不会损坏本技术提供的过压保护电路。也不会损坏包含该过压保护电路的车载终端。
21.本技术提供的过压保护电路中可以包含调节器，该调节器可以在过压保护电路重新尝试启动时，延缓启动动作。使得过压保护电路的闭环电路中存在一定的滞后环节。在汽车电源长时间处于过电压状态时，该滞后环节可以使得过压保护电路处于震荡状态。该震荡状态可以确保第一开关管在关断和饱和导通两个状态之间切换，确保第一开关管不会进入放大区。从而可以降低第一开关管的功率损坏，降低第一开关管的损坏几率。以及可以降低第一开关管的功率需求，降低过压保护电路的生产成本。
22.同时，该调节器不会延缓过压保护电路的保护动作。从而可以确保过压保护电路可以快速有效地对后级电路实施保护。
23.本技术的另一些实施例提供了包含前述任意一种过压保护电路的车载终端。由于该过压保护电路具有较强的保护能力。因而本技术提供的车载终端具有较好电源前端保护能力。可以工作于相对恶劣的电源环境，可以适应那些电源系统不好的汽车。因而本技术提供的车载终端具有较好的适应性，和较长的使用寿命，以及更佳的工作稳定性。
24.本技术的另一些实施例提供了商用车包括，前述任意一种车载终端和/或前述任意一种过压保护电路。由于该过压保护电路以及该车载终端有着良好的电源前端保护能力。因而可以使得该商用车的使用寿命更长，工作更稳定。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
26.图1示出了现有技术中车载电源的电源端口的过压保护电路的原理示意图。
27.图2示出了本技术的一个实施例过压保护电路的原理示意图。
28.图3示出了图2所示压保护电路的开关管q1导通过程电路分析示意图。
29.图4示出了图2所示压保护电路的开关管q1导通过程电路分析示意图。
30.图5示出了施加于图2所示过压保护电路的输入端上的电压波形示意图。
31.图6示出了本技术的另一实施例车载终端的电路原理示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.图1示出了现有技术中车载电源的电源端口的过压保护电路的原理示意图。
34.如图所示，过压保护电路1000可以设置于主电源模块的输入端与汽车电源之间。过压保护电路1000可以包括tvs二极管dv1并联于汽车电源的正/负极之间。当汽车电源上出现高压脉冲时，tvs二极管会过压击穿，并吸收汽车电源上的电能。保护过压保护电路后级的主电源模块。
35.但是，过压保护电路1000只能针对一定幅度的瞬时高压冲击，对后级电路进行保护。当该瞬时高压冲击的能量过大，或者该高电压冲击的维持时间过长，都可能导致tvs二极管dv1烧毁。进而导致过压保护电路1000以及后级的主电源模块损毁。包含过压保护电路1000的车载终端也可能因此而不能正常工作。
36.目前车载终端的工作电压范围只有9v～36v。目前市面上存在的部分汽车的电源系统设计比较差，电源波动比较大。其汽车电源端上比较容易出现能量相对较大的电压冲击。利用过压保护电路10000进行电源前端过压保护的车载终端比较容易损毁，难以适应市面上存在的各种车辆。
37.图2示出了本技术的一个实施例过压保护电路的原理示意图。
38.如图2所示，过压保护电路2000可以用于车载终端电源前端过电压保护。过压保护电路2000可以连接于车载终端的电源转换器的输入接口与汽车电源接口之间。可以用于保护车载终端免于因汽车电源上的过电压造成的损伤。
39.汽车电源上的过电压可以包括汽车电源上叠加的电压冲击。比如说，在汽车打火时，发动机的工作不稳定，可能造成的汽车电源上叠加的电压冲击。汽车运行过程中，由于火花塞放电而造成的汽车电源上叠加的电压冲击。前述过电压也可以包括一些故障因素造成的汽车电源较长时间过电压。
40.如图2所示，过压保护电路1000可以包括输入端in和输出端out。其中，输入端in可
以连接汽车电源接口，输出端out可以连接车载终端的电源转换器。
41.如图2所示过压保护电路1000可以包括：开关管q1、电压检测单元12和调理单元13。其中，开关管q1可以与输出端out连接，并可以用于控制输入端in与输出端out之间的导通/关断。电压检测单元12可以用于检测输出端out的电压v
out
是否超过电压阈值v
th1
。当电压v
out
超过电压阈值v
th1
时，调理单元13可以触发保护动作，关断开关管q1，切断输入端in与输出端out之间的电连接。开关管q1、电压检测单元12和调理单元13可以闭环连接，自动控制电压v
out
处于第一预设范围。。
42.如图2所示，开关管q1可以是过压保护电路2000的主开关。控制输入端in与输出端out之间的导通/关断。开关管q1可以是单极型晶体管也可以是双极型晶体管。比如开关管q1可以是n沟道场效应管，也可以是p沟道场效应管。开关管q1可以是pnp型三极管，也可以是npn型三极管。可选地，开关管q1也可以是igbt。
43.开关管q1的控制端可以是基极，也可以是栅极。开关管q1的第一端可以是集电极，也可以是漏极。开关管q1的第二端可以是发射极，也可以是源极。
44.如图2所示的示例实施例所示，开关管q1为p沟道场效应管。开关管的控制端为栅极，第一端为漏极，第二端为源极。开关管q1的第一端可以与输出端out连接。开关管q1的第二端可以与输入端in连接。开关管q1的控制端可以与调理单元13连接。
45.如图2所示，电压检测单元12可以用于检测输出端out的电压v
out
是否超过电压阈值v
th1
。如压检测单元12可以连接于开关管q1的第一端。即压检测单元12可以连接于输出端out。
46.如图2所示电压检测单元12可以包括稳压二极管d1和电阻器r1。稳压二极管d1和电阻器r1可以串联连接。稳压二极管d1的阴极可以连接于输出端out，稳压二极管d1的阳极可以连接于电阻器r1。电阻器r1可以连接于稳压二极管d1的阳极与地之间。
47.在电压v
out
超过稳压二极管d1的标称值时，稳压二极管d1发生齐纳击穿而导通，使得电阻器r1的两端约等于电压v
out
减去稳压二极管d1的标称电压。
48.图2所示，电压检测单元12可以包括开关管q2。其中，开关管q2可以是单极型晶体管，也可以是双极型晶体管。开关管q2可以是n沟道场效应管，也可以是p沟道场效应管。开关管q2可以是npn型三极管，也可以是pnp型三极管。根据开关管q2的类型不同，开关管q2的控制端可以是基极，也可以是栅极。开关管q2的第一端可以是漏极，也可以是集电极。开关管q2的第二端可以是源极，也可以是发射极。
49.如示例实施例所示，开关管q2为npn型三极管。开关管q2的控制端可以与稳压二极管d1的阳极连接。开关管q2的第一端可以与调理单元13连接。开关管q2的第二端可以与地连接。
50.可选地，前述第一预设范围可以为0～36v。可选地，前述电压阈值v
th1
可以是第一预设范围以内，接近于第一预设范围上限的一个电压值。可选地，可以选择稳压二极管d1为标称值33v的稳压二极管。由于开关管q2为三极管，其门限值为0.7v。因而，此时电压阈值v
th1
约为33.7v。
51.当输出端out的电压v
out
大于电压阈值v
th1
时，开关管q2导通，驱使调理单元13发生动作。该动作可以包括关断开关管q1或者降低开关管q1的导通电流。从而缩小电压v
out
，使之维持在第一预设范围内。
52.如图2所示，电压检测单元12还可以包括电阻器r2和电阻器r3。其中，电阻器r2可以连接于开关管q2的第二端与地之间。电阻器r2可以用于限制流经开关管q2的第一端和第二端的电流，保护开关管q2。电阻器r3可以跨接于开关管q2的控制端与第二电流端之间。电阻器r3可以用于泄放开关管q2控制端的残余电荷。防止开关管q2因感应干扰而发生误动作。
53.如图2所示，调理单元13可以用于根据电压检测单元12的检测结果，调节开关管q1的控制端电压，使得开关管q1的第一端的电压处于第一预设范围内。即可以调节输出端out的电压v
out
处于第一预设范围内。
54.如图2所示，调理单元13可以包括开关管q3。开关管q3可以是单极型晶体管，也可以是双极型晶体管。开关管q3可以是n沟道场效应管，也可以是p沟道场效应管。开关管q3可以是npn型三极管，也可以是pnp型三极管。根据开关管q3的类型不同，开关管q3的控制端可以是基极，也可以是栅极。开关管q3的第一端可以是漏极，也可以是集电极。开关管q3的第二端可以是源极，也可以是发射极。
55.如图2所示，开关管q3为pnp型三极管。开关管q3的控制端可以与电压检测单元12连接。开关管q3的第一端可以与开关管q1的控制端连接。开关管q3的第二端可以与开关管q1的第二端连接，即可以与输入端in连接。开关管q3可以用于根据电压检测单元12的输出，调节开关管q1的控制端电压。
56.如图2所示，调理单元13还可以包括电阻器r4。电阻器r4可以连接于开关管q3的控制端与开关管q3的第二端之间。
57.如图2所示，过压保护电路2000还可以包括串联连接的电阻器r6和稳压二极管d2。其中，稳压二极管d2可以跨接于开关管q1的第二端与控制端之间。稳压二极管d2的阴极可以连接于开关管q1的第二端，稳压二极管d2的阳极可以连接于开关管q1的控制端。电阻器r6可以连接于开关管q1的控制端与地之间。
58.如图2所示，在输出端out的电压vout小于电压阈值v
th1
时，开关管q2的控制端电压小于其门限值，开关管q2关断。电压检测单元12输出高阻态。
59.此时，开关管q3的控制端电压与输入端in的电压v
in
相等。开关管q3的控制端与第二端之间的电压差为零。因而开关管q3关断。
60.此时，开关管q1的控制端电压表现为稳压二极管d2与电阻器r6之间的分压。开关管q1的控制端与第二端之间的电压差约为稳压二极管d2标称值。该电压差驱动开关管q1正常导通。由输入端in向输出端out供电，使得与输出端out连接的后级电路可以正常工作。
61.如图2所示，在输出端out的电压vout大于电压阈值v
th1
时，开关管q2的控制端电压大于其门限值，开关管q2导通。电压检测单元12输出低电平。
62.此时开关管q3的控制端电压表现为电阻器r4与电阻器r2的分压电压。开关管q3的控制端和第二端之间的电压差可以大于开关管q3的门限值，并导致其导通。
63.开关管q3导通后，稳压二极管d2被短路。开关管q1的控制端与第二端之间的电压变为零。进而导致开关管q1关断。切断了输入端in与输出端out之间的电连接。
64.在与输出端out连接的后级设备消耗掉存储于电容器c3内的残余电量后，输出端out的电压vout再次小于电压阈值v
th1
。此时，过压保护电路2000重复前述过程，重新尝试导通开关管q1。如果此时故障消除，则可以正常地由输入端in向输出端out供电。如果此时故
障未能消除，则可以延续前述过程再次关断开关管q1。如果故障长时间存在，则上述多个开关管周期性闭合/导通，使得电压v
out
在前述预设电压范围内保持震荡状态。
65.如图2所示，调理单元13还可以包括调节器(未示出)。该调节器可以包括电容器c2。
66.该调节器可以用于滞后开关管q1的导通。在故障维持较长时间是，该滞后作用可以使得输出端out电压v
out
处于震荡状态，而非静态地稳定于一点。在该震荡状态下，开关管q1在截止关断和饱和导通两个状态之间反复切换，而不会进入放大区。因而开关管q1可以维持一个较小的功率。从而可以降低开关管q1因过载而损坏的可能性。以及可以降低开关管q1的功率需求，降低过压保护电路2000的生产成本。
67.而且，该调节器不对开关管q1的关断速度产生影响。即可以在输出端out处电压vout超过电压阈值v
th1
时，确保保护动作的快速性。确保有效地保护与输出端out连接的后级设备的安全性。
68.如图2所示，该调节器还可以包括串联连接的电阻器r5和电容器c1。可选地，串联连接的电阻器r5和电容器c1可以是跨接于开关管q3的控制端和开关管q3的第二端之间。利用电阻器r5和电容器c1可以调整该调节器的充放电波形。
69.图3示出了图2所示压保护电路的开关管q1导通过程电路分析示意图。
70.如图3所示，在输入端in刚刚上电时，或者当开关管q2刚刚由导通状态进入闭合状态时，电压v
in
通过电阻器r4及电阻器r6对电容器c1和c2充电。充电电流的流动方向可以如图3中的箭头所示。该充电过程使得开关管q3控制端电压缓慢上升。开关管q3控制端电压上升速度取决于电阻器r4、r5、r6以及电容器c1和c2。在开关管q3控制端电压与开关管第二端的电压差，则逐步减小，直至小于其门限值时。开关管q3由导通状态进入关断状态，开关管q1由关断状态进入导通状态。
71.图4示出了图2所示压保护电路的开关管q1导通过程电路分析示意图。
72.如图4所示，在输出端out处电压vout超过电压阈值v
th1
时，开关管q2导通。开关管q3的be结与开关管q2以及电阻器r2构成电流通路。该电流通路使得开关管q2导通。由于该电流通路不受电容器c1和/或c2的影响。因而开关管q3可以迅速导通。导通的开关管q3可以迅速短路稳压二极管d2，并使得开关管q1迅速关断。同时，途径开关管q3和开关管q2的电流可以对电容器c1和/或电容器c2进行放电并反向充电。以确保过压保护电路2000再次尝试导通电路时，其动作具有做够的延时。
73.图5示出了施加于图2所示过压保护电路的输入端上的电压波形示意图。
74.本技术的发明人在如图2所示过压保护电路的输入端in处施加如图5所示的波形，对过压保护电路2000进行了实际测试。实验结果显示，过压保护电路2000满足设计需求。
75.图6示出了本技术的另一实施例车载终端的电路原理示意图。
76.如图6所示，车载终端3000可以包括过压保护模块31。过压保护模块31可以包括前述任意一种过压保护电路。
77.可选地，车载终端3000还可以包括输入电容器c31。输入电容器c31并联于过压保护模块31的输入端与地之间。
78.可选地，车载终端3000还可以包括输出电容器c32。输出电容器c32可以并联于过压保护模块31的输出端。
79.可选地，车载终端3000还可以包括输入二极管d31。输入二极管d31级联连接于所述过压保护模块31的输入端。例如，输入二极管d31可以连接于汽车电源的正端，输入二极管d31的阴极可以连接于过压保护模块31的输入端。
80.可选地，车载终端3000还可以包括电源模块32。电源模块32可以级联于过压保护模块31的输出端。电源模块32可以是车载终端3000的主电源转换器。
81.车载终端3000可以用于商用车的管理。该商用车可以是以载人为目的的商用汽车，比如出租车、公交车、校车或者其他各型客车。也可以是以货运为目的的商用汽车，比如可以是渣土车、危险品车或者其他货运汽车。还可以是工程应用为目的特种车辆，比如商砼车。
82.对于上述各类商用车而言，政府监管机关以及车队自身都会有一些特殊的管理要求。目标商用车中内置的车载终端3000则可以随时检测目标商用车的运行状态，并可以有效地约束驾驶员，使得其驾驶过程满足上述要求。可以在目标商用车的驾驶员严重违反相关规定时，切断目标商用车的能源供给，迫使其停车。
83.上述商用车也可能面临被盗问题。当发现该商用车发生被盗问题时，也可以切断该商用车的能源供给，迫其停车。
84.本技术还提供一种商用车，包括前述任意一种过压保护电路，和/或前述任意一种车载终端。
85.本技术的一些实施例提供的过压保护电路可以通过由第一开关管、电压检测单元和调理单元组成的闭环电路进行自动控制，调节输出端电压在第一预设范围内。在电压检测单元检测到输出端电压超过电压阈值时，调理单元可以控制第一开关管关断，切断输入端与输出端之间的电连接，避免来自输入端的电源过电压传导至输出端。在输入端连接汽车电源，输出端连接车载终端的主电源模块时，上述过压保护电路可以有效保护主电源模块以及车载终端免于受到损伤。
86.由于上述过压保护电路中不包含功率吸收器件，在较大能量的电源电压冲击出现时，过压保护电路的大部分器件的功率并不高。因而该较大能量的电源电压冲击并不会损坏本技术提供的过压保护电路。也不会损坏包含该过压保护电路的车载终端。
87.本技术提供的过压保护电路中可以包含调节器，该调节器可以在过压保护电路重新尝试启动时，延缓启动动作。使得过压保护电路的闭环电路中存在一定的滞后环节。在汽车电源长时间处于过电压状态时，该滞后环节可以使得过压保护电路处于震荡状态。该震荡状态可以确保第一开关管在关断和饱和导通两个状态之间切换，确保第一开关管不会进入放大区。从而可以降低第一开关管的功率损坏，降低第一开关管的损坏几率。以及可以降低第一开关管的功率需求，降低过压保护电路的生产成本。
88.同时，该调节器不会延缓过压保护电路的保护动作。从而可以确保过压保护电路可以快速有效地对后级电路实施保护。
89.本技术的另一些实施例提供了包含前述任意一种过压保护电路的车载终端。由于该过压保护电路具有较强的保护能力。因而本技术提供的车载终端具有较好电源前端保护能力。可以工作于相对恶劣的电源环境，可以适应那些电源系统不好的汽车。因而本技术提供的车载终端具有较好的适应性，和较长的使用寿命，以及更佳的工作稳定性。
90.本技术的另一些实施例提供了商用车包括，前述任意一种车载终端和/或前述任
意一种过压保护电路。由于该过压保护电路以及该车载终端有着良好的电源前端保护能力。因而可以使得该商用车的使用寿命更长，工作更稳定。
91.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。