汽车空调控制面板参考电源保护装置

摘要

本发明涉及汽车空调控制面板参考电源保护装置。它包括内部电源电路，在CPU和外部传感器之间设有由电源输出电路、反馈电路构成的传感器参考电源保护电路，传感器参考电源保护电路输出电压等于内部电源电压VCC，为外部传感器提供参考电压并提供短路或过载保护；当传感器参考电源保护电路的输出端对地短路或过载时，电源输出电路和反馈电路对传感器参考电源保护电路的输出电流限流或关断，使内部电源电路正常工作；当传感器参考电源保护电路的输出端接到外部电源时，电源输出电路使内部电源电路和外部电源隔离，使内部电源电路正常工作。本发明解决了当接口对汽车的地，或点火电压，或电瓶电压短路时，造成整个控制系统损坏或不能工作的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车空调控制面板参考电源保护装置。

背景技术

随着汽车工业的发展，汽车的功能越来越复杂，对控制系统的要求也越来越高。目前汽车的电子控制越来越复杂，电子控制功能的应用越来越多，需要配备处理器和传感器，处理器采集传感器的数据并按照一定的控制逻辑进行运算达到最佳的控制效果。由于传感器一般需要稳定的工作电源，为了保证数据采集的精度和线性度，传感器的参考电源和处理器的工作电源最好采用同一个电源。这也是目前绝大多数汽车控制系统采用的方案。这个方案没有对接口实施保护，可靠性差。当接口对汽车的地，或点火电压，或电瓶电压短路时，会造成整个控制系统损坏或不能工作。如图1中，汽车控制单元内部的电源电路向内部CPU和外部传感器供电，当外部传感器信号线发生短路时具体情况如下：

(1)对地发生短路

图1中A点对地短路导致B点的电压降至0V，内部CPU和内部电源电路等停止工作，严重时烧坏电源芯片。

(2)对电源发生短路

图1中A点电压会上升导致B点电压被拉高至同外部短路电源电位相同，此时内部CPU等会因为过压而导致烧坏，整个汽车控制单元因此报废。因此一般的参考电源输出接口没有保护电路，无法提供以上保护功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述问题，提出一种适用于汽车空调控制面板的、可以对外部传感器的参考电源输出接口进行实时有效保护的参考电源保护装置。

本发明的技术方案：

汽车空调控制面板参考电源保护装置，包括向内部CPU和外部传感器供电的内部电源电路，在所述CPU和外部传感器之间设有由电源输出电路、反馈电路构成的传感器参考电源保护电路，所述传感器参考电源保护电路输出电压等于内部电源电压VCC，为外部传感器提供参考电压并提供短路或过载保护；当所述传感器参考电源保护电路的输出端对地短路或过载时，相耦合的所述电源输出电路和反馈电路对所述传感器参考电源保护电路的输出电流限流或关断，所述传感器参考电源保护电路为保护状态，所述内部电源电路正常工作；当所述传感器参考电源保护电路的输出端接到外部电源时，相耦合的所述电源输出电路使内部电源电路和外部电源隔离，所述传感器参考电源保护电路为保护状态，内部电源电路正常工作。

所述传感器参考电源保护电路中还包括在所述CPU的控制端与传感器参考电源输出端之间设有电压检测电路，用于检测电源输出接口处的电压，当对地短路或对电源短路时，关断所述传感器参考电源输出端的输出。

本发明的有益效果：

采用本发明的技术方案，在成本没有大幅度增加的情况下，提高了系统的可靠性，可以对传感器的参考电源输出接口进行实时有效的保护；从设计原理上可以做到控制面板零失效率。

附图说明

图1、现有汽车空调控制面板传感器的参考电源输出接口原理图。

图2、本发明汽车空调控制面板参考电源保护装置原理框图。

图3、第一实施例的电气原理图。

图4、第二实施例的电气原理图。

具体实施方式

本发明汽车空调控制面板参考电源保护装置，如图2所示，汽车控制单元中在传感器电压输出接口增加了传感器参考电源保护电路，它由电源输出电路、反馈电路、传感器电压检测电路和CPU组成。其工作原理如下：

(1)对地短路、过载保护功能

当输出端对地短路或过载时，电源输出电路的硬件反馈电路可以起到限流或关断输出的功能，从而控制单元内部电路和参考电源保护电路本身都不会因此损坏。

(2)对电源短路保护功能

当输出端接到外部点火电压、电池电压等外部电源时，电源输出电路和反馈电路可以起到关断输出的功能，外部电压也无法倒灌入VCC输入端，VCC端的电位不受影响。从而内部的CPU电路和电源芯片都可以正常工作。

(3)CPU故障检测、记忆和控制功能

电压检测电路供CPU检测参考电源输出接口的电压是否出现异常，出现对地短路和对电源短路的故障时，CPU也会强制关断参考电源输出电路，CPU控制软件运行进入异常保护程序并记忆相应故障，以代码形式供汽车诊断仪读取显示。

(4)自动恢复电压输出功能

CPU运行故障处理程序尝试恢复传感器参考电源供电，经由电压检测电路检测到电源输出接口的电压恢复到正常值时，CPU恢复参考电源输出电路的输出，CPU程序运行在正常接口电压时的处理程序。

第一实施例：

图3是带保护的参考电源输出电路，内部的工作电源(即B点)的电位不受外部输出接口(即A点)的异常对地、对电源短路的影响。从而保护了汽车控制单元内部的电路使其不会损坏。该电路具体工作原理分析如下：

(1)对地短路、过载保护功能

当输出端对地短路或过载时，C点电位降低，当C点电压低于A点电压0.7V时，二极管D1正向导通并对A点电压钳位从而三极管Q2关断，三极管Q1转为截止，电路转为保护状态。

(2)对电源短路保护功能

当输出端接到外部点火电压等外部电源时，当C点和B点的电位差大于二极管D2的稳压值时，二极管D2会导通从而使B点电压升高，A点和B点的电位差不能够使三极管Q2导通，三极管Q2处于截止状态，从而三极管Q1截止，C点无VCC电压输出。此时外部电压也无法倒灌入VCC输入端，VCC端的电位不受影响。从而内部的CPU电路和电源芯片都可以正常工作。

(3)CPU故障检测、记忆和控制功能

图2中电阻R5和R6组成分压电路，供CPU检测传感器的参考电源输出接口的电压是否出现异常，出现对地短路和对电源短路的故障时，CPU也会强制关断三极管Q2、Q1。软件运行进入异常保护程序并记忆相应故障，以代码形式供汽车诊断仪读取显示。

(4)自动恢复电压输出功能

CPU运行故障处理程序尝试恢复传感器参考电源供电，经由电阻R5和R6检测传感器的电源输出接口的电压恢复到正常状态时，CPU控制三极管Q1、Q2导通，传感器的参考电源输出接口恢复输出VCC电压。

第二实施例：

图4是带保护的参考电源输出电路，内部的工作电源(即VCC)的电位不受外部输出接口(即C点)的异常对地、对电源短路的影响。从而保护了汽车控制单元内部的电路使其不会损坏。该电路具体工作原理分析如下：

(1)对地短路、过载保护功能

当输出端对地短路或过载时，此时输出端的电流约为输入电压/R3，此时的短路电流比较小不会造成任何元器件损坏。

(2)对电源短路保护功能

当输出端接到外部点火电压等外部电源时，由于二极管D1的反向截至功能，此时外部短路电源电压无法倒灌入VCC输入端，VCC端的电位不受影响。从而内部的CPU电路和电源芯片都可以正常工作。

(3)CPU故障检测、记忆和控制功能

图2中电阻R5和R6组成分压电路，供CPU检测传感器的参考电源输出接口的电压是否出现异常，出现对地短路和对电源短路的故障时，CPU也会强制改变运算放大器同向端的电位使运算放大器无输出，软件运行进入异常保护程序并记忆相应故障，以代码形式供汽车诊断仪读取显示。从硬件和软件方面都保证了对该故障的检测和保护功能。

(4)自动恢复电压输出功能

CPU运行故障处理程序尝试恢复传感器参考电源供电，经由电阻R5和R6检测传感器的参考电源输出接口的电压恢复到正常状态时，CPU控制三极管Q1截止，传感器的参考电源输出接口恢复输出VCC电压。