一种车载系统电源输出控制装置的制作方法

1.本发明涉及电源切换控制技术领域，尤其涉及一种车载系统电源输出控制装置。


背景技术：

2.目前汽车有两种不同规格的蓄电池，一种是12v，一种是24v（一般是装配柴油发动机的车辆）。车载系统在研发时，为了节省开发成本和开发周期，在系统设计上，需要兼容这两种车型。但是，由于系统的一些随机bug，可能会出现mcu在某些情景下控制逻辑错乱而导致24v输出、12v输出同时打开，从而导致电路中相关元器件（例如功率mos管）损坏，对车辆安全稳定运行存在很大的安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明提供一种车载系统电源输出控制装置，解决了现有的车载系统中12v/24v电源兼容方案为独立逻辑控制，存在12v和24v两输出同时打开安全隐患的技术问题。
4.为解决以上技术问题，本发明提供一种车载系统电源输出控制装置，包括与电源输入接口连接的输出控制电路、第一电压输出电路、第二电压输出电路，所述第一电压输出电路、第二电压输出电路均与电源输出接口连接；所述输出控制电路包括电性连接的电压检测模块和开关控制模块，所述电压检测模块与电源输入接口连接；当电源输入接口的输入电压为第一电压时，所述第一电压输出电路导通电源输入接口与电源输出接口的连接，向与电源输出接口连接的负载输出第一电压，所述开关控制模块、第二电压输出电路不工作；当电源输入接口的输入电压为第二电压时，所述电压检测模块检测电源输入接口的输入电压为所述第二电压，启动所述开关控制模块；所述开关控制模块控制所述第一电压输出电路断开关断电源输入接口与电源输出接口的连接，驱动所述第二电压输出电路将所述第二电压转化为第一电压并输出到电源输出接口。
5.在进一步的实施方案中，所述电压检测电路包括第六电阻、第七电阻，所述第六电阻一端与电源输入接口连接，另一端与所述主控制器的检测端连接、还通过所述第七电阻接地。
6.在进一步的实施方案中，所述开关控制模块包括主控制器、第三开关管~第五开关管、第八电阻~第十四电阻，当所述第三开关管和所述第五开关管为npn型三极管、第四开关管为pnp型三极管时：所述第三开关管的基极通过所述第八电阻与所述主控制器的驱动端连接、通过第九电阻接地，集电极通过第十电阻与第三电源连接，发射极接地；所述第四开关管的发射极与所述第三开关管的集电极连接，集电极通过所述第十四电阻与所述第二电压输出电路连接，基极通过第十一电阻与所述第五开关管的集电极连接；所述第五开关管的基极通过第十二电阻与所述主控制器的控制端连接、通过第十三电阻接地，发射极接地；所述第三电源为5v供电电源。
7.本方案在常规的mos管开关电源（即第一电压输出电路）的基础上，以主控制器为数据处理核心，增加分压电阻作为电压检测电路，实时的检测输入电源的电压；而在输入电压增大后（即第一电压变为第二电压），驱动主控制器输出高电平，关断mos管的开关回路，同时利用高电平控制开关控制模块启动第二电压输出电路，将第二电压转化为第一电压后输出到负载中，从而为原12v供电的系统或设备，在不改变原后级电路结构的情形下，做到12v/24v工作电压兼容设计，且通过软件实现联动控制，可有效规避因mcu逻辑错误导致的mos管烧坏的安全隐患。
8.在进一步的实施方案中，所述开关控制模块包括第三开关管、第四开关管、第六电阻~第十一电阻，当所述第三开关管、第四开关管均为npn型三极管时：所述第三开关管的基极与所述电压检测模块连接、通过所述第六电阻接地，集电极通过第七电阻与第三电源连接、还与所述第一电压输出电路连接，发射极接地；所述第四开关管的基极通过第八电阻与所述第三开关管的集电极连接、通过第九电阻接地，集电极通过第十电阻与所述第三电源连接、还通过所述第十一电阻与所述第二电压输出电路连接，发射极接地；所述第三电源为5v供电电源。
9.本方案在常规的mos管开关电源（即第一电压输出电路）的基础上，增加与其联动的开关控制模块，以及控制开关控制模块的电压检测模块，电压检测模块在检测到输入电源的电压增大后，驱动开关控制模块关断第一电压输出电路、启动第二电压输出电路，即关断输入电源的直接输出回路，导通输入电源的降压回路，将第二电压转化为第一电压后输出到负载中，从而为原12v供电的系统或设备，在不改变原后级电路结构的情形下，做到12v/24v工作电压兼容设计，且通过硬件驱动实现联动控制，有效规避因mcu逻辑错误导致的mos管烧坏的安全隐患。
10.在进一步的实施方案中，所述电压检测模块包括第十二电阻和第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第一开关管的基极连接，负极通过所述第十二电阻与电源输入接口连接。
11.本方案利用稳压二极管的反向击穿特性，设置电压检测阈值，当输入电源的电压值大于第二二极管的电压检测阈值时，第二二极管被击穿，输入电源流入开关控制模块，直接启动电源转化进程，结构简单、成本低廉。
12.在进一步的实施方案中，所述电压检测模块包括第十三电阻~第二十电阻、第三二极管~第五二极管、第一比较器和第二比较器；所述第十三电阻的一端与电源输入接口连接，另一端通过第十四电阻接地、还与所述第一比较器的负输入端和所述第二比较器的正输入端连接；所述第一比较器的正输入端通过第十五电阻与第三电源连接、通过第十六电阻接地，输出端与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极通过第十七电阻与第三电源连接、还与所述第五二极管的正极连接；所述第二比较器的负输入端通过第十八电阻与第三电源连接、通过第十九电阻接地，输出端与第四二极管的负极连接，所述第四二极管的正极通过第十七电阻与第三电源连接、还与所述第五二极管的正极连接；所述第五二极管的负极通过连接所述第二十电阻与所述第一开关管的基极连接。
13.本方案本实施例利用比较器设置电压检测阈值，当输入电源的电压值为第二电压时，第一比较器和第二比较器组成窗口比较器输出高电平信号，抬高第三开关管的基极的电位，使得输入电源流入开关控制模块，，直接启动电源转化进程，结构简单、成本低廉。
14.在进一步的实施方案中，所述第一电压输出电路包括第一开关管、第二开关管、第一电阻~第四电阻、第一二极管、第一电容，当所述第一开关管为npn型三极管、所述第二开关管为p沟道mos管时：所述第一开关管的基极通过所述第一电阻与所述第一开关管的集电极连接、通过第二电阻接地，集电极通过第三电阻与所述第二开关管的栅极连接，发射极接地；所述第五开关管的源极与电源输入接口连接，漏极与电源输出接口连接；所述第一二极管的正极、负极分别与所述第二开关管的栅极、源极连接；所述第四电阻、第一二极管、第一电容两两并联。
15.在进一步的实施方案中，所述第二电压输出电路包括第五电阻和降压型开关电源，所述降压型开关电源的使能端与所述第二开关管的集电极连接、还通过所述第五电阻接地，其输出端与电源输出接口连接。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的一种车载系统电源输出控制装置的系统框架图；图2是本发明实施例1提供的一种车载系统电源输出控制装置的硬件电路图；图3是本发明实施例2提供的一种车载系统电源输出控制装置的硬件电路图；图4是本发明实施例3提供的一种车载系统电源输出控制装置的硬件电路图。
具体实施方式
17.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
18.实施例1本实施例附图中的附图标记包括：输出控制电路1，电压检测模块11、开关控制模块12，第一电压输出电路2、第二电压输出电路3；第一电阻r1~第十四电阻r14，第一开关管q1~第五开关管q5，第一二极管zd1，第一电容c1，降压型开关电源u1。
19.本发明实施例提供的一种车载系统电源输出控制装置，如图1所示，在本实施例中，包括与电压输入接口连接的输出控制电路1、第一电压输出电路2、第二电压输出电路3，第一电压输出电路2、第二电压输出电路3均与电压输出接口连接；如图2，在本实施例中，输出控制电路1包括电性连接的电压检测模块11和开关控制模块12，电压检测模块11与主控制器、电压输入接口连接；电压输入接口用于连接车载电池输入端b ，电压输出接口向负载提供12v输出电压（或者其它目标电压值）。
20.当电源输入接口的输入电压为第一电压时，第一电压输出电路2导通电源输入接口与电源输出接口的连接，向与电源输出接口连接的负载输出第一电压，开关控制模块12、第二电压输出电路3不工作；
当电源输入接口的输入电压为第二电压时，电压检测模块11检测电源输入接口的输入电压为第二电压，主控制器启动开关控制模块12；开关控制模块12控制第一电压输出电路2断开电源输入接口与电源输出接口的连接，驱动第二电压输出电路3将第二电压转化为第一电压并输出到电源输出接口。
21.在本实施例中，电压检测电路包括第六电阻r6、第七电阻r7，第六电阻r6一端与电源输入接口连接，另一端与主控制器的检测端_det连接、还通过第七电阻r7接地。
22.在本实施例中，开关控制模块12包括主控制器、第三开关管q3~第五开关管q5、第八电阻r8~第十四电阻r14，当第三开关管q3和第五开关管q5为npn型三极管、第四开关管q4为pnp型三极管时：第三开关管q3的基极通过第八电阻r8与主控制器的驱动端control连接、通过第九电阻r9接地，集电极通过第十电阻r10与第三电源连接，发射极接地；第四开关管q4的发射极与第三开关管q3的集电极连接，集电极通过第十四电阻r14与第二电压输出电路3连接，基极通过第十一电阻r11与第五开关管q5的集电极连接；第五开关管q5的基极通过第十二电阻r12与主控制器的控制端dcdc_en连接、通过第十三电阻r13接地，发射极接地；第三电源为5v供电电源。
23.其中，主控制器包括但不限于mcu。
24.在本实施例中，第一电压输出电路2包括第一开关管q1、第二开关管q2、第一电阻r1~第四电阻r4、第一二极管zd1、第一电容c1，当第一开关管q1为npn型三极管、第二开关管q2为p沟道mos管时：第一开关管q1的基极通过第一电阻r1与第一开关管q1的集电极连接、通过第二电阻r2接地，集电极通过第三电阻r3与第二开关管q2的栅极连接，发射极接地；第五开关管q5的源极与电源输入接口连接，漏极与电源输出接口连接；第一二极管zd1的正极、负极分别与第二开关管q2的栅极、源极连接；第四电阻r4、第一二极管zd1、第一电容c1两两并联。
25.在本实施例中，第二电压输出电路3包括第五电阻r5和降压型开关电源u1，降压型开关电源u1的使能端与第二开关管q2的集电极连接、还通过第五电阻r5接地，其输出端与电源输出接口连接。
26.以mcu为主控电路为例，本实施例的工作原理如下：当电源输入接口为12v输入时，mcu的_det通过电压检测电路的ad检测到输入电压为12v工作电压，control输出逻辑高，使第一开关管q1导通，使第二开关管q2也导通，电源输入接口12v电压为后面提供12v电源；与此同时，control输出逻辑高时，第三开关管q3导通，这时无论dcdc_en输出是逻辑高或逻辑低，降压型开关电源u1的en脚都得不到逻辑高，降压型开关电源u1无电压输出。
27.当电源输入接口为24v输入时，mcu通过电压检测电路的ad检测到输入电压为24v工作电压，控制control输出逻辑低，使第一开关管q1截止，致使第二开关管q2也截止，电源输入接口24v电压断开，不能直通为后面提供12v电源；与此同时，control输出逻辑低时，第三开关管q3截止，dcdc_en输出逻辑高，第五开关管q5导通，使第四开关管q4也导通，降压型开关电源u1的en脚都得到逻辑高，降压型开关电源u1将24v的直流电源转化为12v电压输出到电源输出接口。
28.当系统需要进入休眠时，mcu的control和dcdc_en同时输出逻辑低时，使用后面无电压输出，达到低功耗和最小化静态电流消耗。
29.本发明实施例在常规的mos管开关电源（即第一电压输出电路2）的基础上，以主控制器为数据处理核心，增加分压电阻作为电压检测电路，实时的检测输入电源的电压；而在输入电压增大后（即第一电压变为第二电压），驱动主控制器输出高电平，关断mos管的开关回路，同时利用高电平控制开关控制模块12启动第二电压输出电路3，将第二电压转化为第一电压后输出到负载中，从而为原12v供电的系统或设备，在不改变原后级电路结构的情形下，做到12v/24v工作电压兼容设计，且通过软件实现联动控制，可有效规避因mcu逻辑错误导致的mos管烧坏的安全隐患。
30.实施例2本实施例附图中的附图标记包括：输出控制电路1，第一电压输出电路2、第二电压输出电路3；第一电阻r1~第十四电阻r11，第一开关管q1~第五开关管q5，第一二极管zd1，第二二极管zd2，第一电容c1，降压型开关电源u1。
31.本发明还提供一种车载系统电源输出控制装置，与实施例1的不同之处在于输出控制电路1中电压检测模块和开关控制模块的不同，参见图3，开关控制模块包括第三开关管q3、第四开关管q4、第六电阻r6~第十一电阻r11，当第三开关管q3、第四开关管q4均为npn型三极管时：第三开关管q3的基极与电压检测模块连接、通过第六电阻r6接地，集电极通过第七电阻r7与第三电源连接、还与第一电压输出电路2连接，发射极接地；第四开关管q4的基极通过第八电阻r8与第三开关管q3的集电极连接、通过第九电阻r9接地，集电极通过第十电阻r10与第三电源连接、还通过第十一电阻r11与第二电压输出电路3连接，发射极接地；第三电源为5v供电电源。
32.在本实施例中，电压检测模块包括第十二电阻r12和第二二极管zd2，第二二极管zd2的正极与第一开关管q1的基极连接，负极通过第十二电阻r12与电源输入接口连接。
33.本实施例利用稳压二极管的反向击穿特性，设置电压检测阈值，当输入电源的电压值大于第二二极管zd2的电压检测阈值时，第二二极管zd2被击穿，输入电源流入开关控制模块，直接启动电源转化进程，结构简单、成本低廉。
34.本实施例的工作原理如下：当电源输入接口为12v输入时，第二二极管zd2未达到反向击穿电压，第三开关管q3截止，使第一开关管q1导通，使第二开关管q2也导通，电源输入接口的12v电压为后面提供12v电源；与此同时，第四开关管q4导通，降压型开关电源u1的en使能脚得到逻辑低，降压型开关电源u1无电压输出。
35.当电源输入接口为24v输入时，第二二极管zd2达到反向击穿电压，第三开关管q3导通，使第一开关管q1截止，致使第二开关管q2也截止，电源输入接口的24v电压断开，不能直通为后面提供12v电源；与此同时，第四开关管q4截止，降压型开关电源u1的en脚都得到逻辑高，将24v的直流电源转化为12v电压输出到电源输出接口。
36.本发明实施例方案在常规的mos管开关电源（即第一电压输出电路2）的基础上，增加与其联动的开关控制模块，以及控制开关控制模块的电压检测模块，电压检测模块在检
测到输入电源的电压增大后，驱动开关控制模块关断第一电压输出电路2、启动第二电压输出电路3，即关断输入电源的直接输出回路，导通输入电源的降压回路，将第二电压转化为第一电压后输出到负载中，从而为原12v供电的系统或设备，在不改变原后级电路结构的情形下，做到12v/24v工作电压兼容设计，且通过硬件驱动实现联动控制，有效规避因mcu逻辑错误导致的mos管烧坏的安全隐患。
37.实施例3本实施例附图中的附图标记包括：输出控制电路1，第一电压输出电路2、第二电压输出电路3；第一电阻r1~第二十电阻r20，第一开关管q1~第四开关管q4，第一二极管zd1，第三二极管zd3~第五二极管zd5，第一电容c1，第一比较器u2，第二比较器u3，降压型开关电源u1。
38.在本实施例中，本发明还提供一种车载系统电源输出控制装置，与实施例2的不同之处在于电压检测模块的不同，参见图4，电压检测模块包括第十三电阻r13~第二十电阻r20、第三二极管zd3~第五二极管zd5、第一比较器u2和第二比较器u3；第十三电阻r13的一端与电源输入接口连接，另一端通过第十四电阻r14接地、还与第一比较器u2的负输入端和第二比较器u3的正输入端连接；第一比较器u2的正输入端通过第十五电阻r15与第三电源连接、通过第十六电阻r16接地，输出端与第三二极管zd3的负极连接，第三二极管zd3的正极通过第十七电阻r17与第三电源连接、还与第五二极管zd5的正极连接；第二比较器u3的负输入端通过第十八电阻r18与第三电源连接、通过第十九电阻r19接地，输出端与第四二极管zd4的负极连接，第四二极管zd4的正极通过第十七电阻r17与第三电源连接、还与第五二极管zd5的正极连接；第五二极管zd5的负极通过连接第二十电阻r20与第一开关管q1的基极连接。
39.其中，第一比较器u2和第二比较器u3组成窗口比较器。
40.本实施例的工作原理如下：当电源输入接口为12v输入时，第一比较器u2输出高电平，第二比较器u3输出低电平，第三开关管q3截止，使第一开关管q1导通，使第二开关管q2也导通，电源输入接口的12v电压为后面提供12v电源；与此同时，第四开关管q4导通，降压型开关电源u1的en使能脚得到逻辑低，降压型开关电源u1无电压输出。
41.当电源输入接口为24v输入时，第二比较器u2输出高电平，第二比较器u3也输出高电平，第三开关管q3导通，使第一开关管q1截止，使第二开关管q2也截止，电源输入接口的24v电压断开，不能直通为后面提供12v电源；与此同时第四开关管q4截止，降压型开关电源u1的en脚都得到逻辑高，将24v的直流电源转化为12v电压输出到电源输出接口。
42.本实施例利用比较器设置电压检测阈值，当输入电源的电压值为第二电压时，第一比较器u2和第二比较器u3组成的窗口比较器输出高电平信号，抬高第三开关管的基极的电位，使得输入电源流入开关控制模块，直接启动电源转化进程，结构简单、成本低廉。
43.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。