一种多种保护的DCDC使能电路

技术领域

本发明涉及一种多种保护的DCDC使能电路。

背景技术

现有一般的DCDC都使用P管作为高端开关，高压信号管信号少，价格贵，一般输入端加限流电阻来限制输入电容的冲击，影响了电容的快速充放电，且不具有深度欠压保护功能，承受的应力小，容易被损坏。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种多种保护的DCDC使能电路。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多种保护的DCDC使能电路，包括欠压关闭电路、过压钳位电路、DCDC打开电路、短路保护触发电路、DCDC模块、充电开关电路、单片机MCU、输入Vin、3.3V电源，所述欠压关闭电路、过压钳位电路、DCDC打开电路、短路保护触发电路、DCDC模块都与充电开关电路连接，所述欠压关闭电路、短路保护触发电路、过压钳位电路都连接DCDC打开电路，所述短路保护触发电路连接DCDC模块，所述DCDC打开电路、DCDC模块都连接单片机MCU，所述充电开关电路连接输入Vin，所述欠压关闭电路、DCDC打开电路都连接3.3V电源。

作为优选，欠压关闭电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、MOS管Q2，所述电阻R1的一端连接充电开关电路，所述电阻R1的另一端通过电阻R2连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接地信号GND，所述电阻R3的一端连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极连接地信号GND，所述三极管Q1的集电极通过电阻R4连接3.3V电源，所述MOS管Q2的G极连接三极管Q1的集电极，所述MOS管Q2的S极连接地信号GND，所述MOS管Q2的G极连接DCDC打开电路。

作为优选，MOS管Q2为N沟道MOS管，所述三极管Q1为NPN三极管。

作为优选，过压钳位电路包括电阻R8、稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD2，所述电阻R8的一端连接充电开关电路，所述电阻R8的另一端连接DCDC打开电路，所述电阻R8的另一端通过稳压二极管ZD1连接稳压二极管ZD2的负极，所述稳压二极管ZD2的正极连接地信号GND。

作为优选，DCDC打开电路包括光耦G1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q3，所述光耦G1的2管脚连接地信号GND，所述光耦G1的1管脚连接欠压关闭电路，所述光耦G1的4管脚连接过压钳位电路，所述光耦G1的3管脚连接充电开关电路，所述光耦G1的1管脚通过电阻R6连接电阻R7的一端，所述电阻R7的一端连接短路保护触发电路，所述电阻R7的另一端连接三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的发射极连接3.3V电源，所述三极管Q3的基极通过电阻R5连接单片机MCU，所述电阻R7的一端连接单片机MCU。

作为优选，三极管Q3为PNP三极管。

作为优选，短路保护触发电路包括三极管Q4、二极管D2、电阻R12，所述三极管Q4的集电极连接DCDC模块和充电开关电路，所述三极管Q4的发射极连接DCDC打开电路，所述三极管Q4的基极通过二极管D2连接电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端连接三极管Q4的集电极。

作为优选，三极管Q4为PNP三极管。

作为优选，DCDC模块包括DCDC芯片U1、电容C2、电容C3、二极管D4、电感L1，所述DCDC芯片U1的输入端IN通过电容C2连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接地信号GND，所述DCDC芯片U1的输出端OUT通过二极管D4连接地信号GND，所述DCDC芯片U1的输出端OUT通过电感L1连接单片机MCU。

作为优选，充电开关电路包括二极管D1、二极管D3、二极管D5、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R14、稳压二极管ZD3、三极管Q7、MOS管Q5、MOS管Q6、大电容C1、大电容C4，所述二极管D1的正极连接输入Vin，所述二极管D1的负极连接欠压关闭电路，所述二极管D1的负极通过二极管D3连接三极管Q7的集电极，所述三极管Q7的集电极连接过压钳位电路，所述三极管Q7的集电极通过二极管D5连接三极管Q7的基极，所述三极管Q7的发射极通过电阻R14连接大电容C1的一端，所述大电容C1的另一端通过大电容C4连接地信号GND，所述三极管Q7的发射极连接MOS管Q6的D极，所述MOS管Q6的G极连接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端连接DCDC打开电路，所述MOS管Q6的S极连接MOS管Q5的D极，所述MOS管Q5的S极连接短路保护触发电路和DCDC模块，所述MOS管Q5的G极通过电阻R10连接电阻R9的一端，所述MOS管Q5的G极通过稳压二极管ZD3连接MOS管Q5的S极，所述电阻R11与稳压二极管ZD3相并联，所述三极管Q7为NPN三极管，所述MOS管Q5、MOS管Q6都为N沟道MOS管。

本发明的有益效果如下：本发明具备深度欠压关闭和短路保护功能，深度欠压具有低功耗的优点；本发明具备过压钳位功能；本发明具备输入短路保护功能和MCU告警功能，本发明使用了高端的MOS管Q5、MOS管Q6进行开关和快速充放电的实现，内阻小，过电流能力大，所以承受的应力大，不容易损坏，当MOS管Q5损坏,MOS管Q6也能保持功能。驱动采用光耦隔离使能，大大提高了安全性。

附图说明

图1为本发明的模块连接图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种多种保护的DCDC使能电路，包括欠压关闭电路1、过压钳位电路2、DCDC打开电路3、短路保护触发电路4、DCDC模块5、充电开关电路6、单片机MCU8、输入Vin7、3.3V电源9，所述欠压关闭电路1、过压钳位电路2、DCDC打开电路3、短路保护触发电路4、DCDC模块5都与充电开关电路6连接，所述欠压关闭电路1、短路保护触发电路4、过压钳位电路2都连接DCDC打开电路3，所述短路保护触发电路4连接DCDC模块5，所述DCDC打开电路3、DCDC模块5都连接单片机MCU8，所述充电开关电路6连接输入Vin7，所述欠压关闭电路1、DCDC打开电路3都连接3.3V电源9。

输入Vin7为电芯提供的电压，正常工作情况下是56-84V，不正常时超过93V。

如图2所示，欠压关闭电路1包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、MOS管Q2，所述电阻R1的一端连接充电开关电路6，所述电阻R1的另一端通过电阻R2连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接地信号GND，所述电阻R3的一端连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极连接地信号GND，所述三极管Q1的集电极通过电阻R4连接3.3V电源9，所述MOS管Q2的G极连接三极管Q1的集电极，所述MOS管Q2的S极连接地信号GND，所述MOS管Q2的G极连接DCDC打开电路3。

如图2所示，MOS管Q2为N沟道MOS管，所述三极管Q1为NPN三极管。

如图2所示，过压钳位电路2包括电阻R8、稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD2，所述电阻R8的一端连接充电开关电路6，所述电阻R8的另一端连接DCDC打开电路3，所述电阻R8的另一端通过稳压二极管ZD1连接稳压二极管ZD2的负极，所述稳压二极管ZD2的正极连接地信号GND。

如图2所示，DCDC打开电路3包括光耦G1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q3，所述光耦G1的2管脚连接地信号GND，所述光耦G1的1管脚连接欠压关闭电路1，所述光耦G1的4管脚连接过压钳位电路2，所述光耦G1的3管脚连接充电开关电路6，所述光耦G1的1管脚通过电阻R6连接电阻R7的一端，所述电阻R7的一端连接短路保护触发电路4，所述电阻R7的另一端连接三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的发射极连接3.3V电源9，所述三极管Q3的基极通过电阻R5连接单片机MCU8，所述电阻R7的一端连接单片机MCU8。

如图2所示，三极管Q3为PNP三极管。

如图2所示，短路保护触发电路4包括三极管Q4、二极管D2、电阻R12，所述三极管Q4的集电极连接DCDC模块5和充电开关电路6，所述三极管Q4的发射极连接DCDC打开电路3，所述三极管Q4的基极通过二极管D2连接电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端连接三极管Q4的集电极。所述三极管Q4为PNP三极管。

如图2所示，DCDC模块5包括DCDC芯片U1、电容C2、电容C3、二极管D4、电感L1，所述DCDC芯片U1的输入端IN通过电容C2连接电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接地信号GND，所述DCDC芯片U1的输出端OUT通过二极管D4连接地信号GND，所述DCDC芯片U1的输出端OUT通过电感L1连接单片机MCU8。

如图2所示，充电开关电路6包括二极管D1、二极管D3、二极管D5、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R14、稳压二极管ZD3、三极管Q7、MOS管Q5、MOS管Q6、大电容C1、大电容C4，所述二极管D1的正极连接输入Vin7，所述二极管D1的负极连接欠压关闭电路1，所述二极管D1的负极通过二极管D3连接三极管Q7的集电极，所述三极管Q7的集电极连接过压钳位电路2，所述三极管Q7的集电极通过二极管D5连接三极管Q7的基极，所述三极管Q7的发射极通过电阻R14连接大电容C1的一端，所述大电容C1的另一端通过大电容C4连接地信号GND，所述三极管Q7的发射极连接MOS管Q6的D极，所述MOS管Q6的G极连接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端连接DCDC打开电路3，所述MOS管Q6的S极连接MOS管Q5的D极，所述MOS管Q5的S极连接短路保护触发电路4和DCDC模块5，所述MOS管Q5的G极通过电阻R10连接电阻R9的一端，所述MOS管Q5的G极通过稳压二极管ZD3连接MOS管Q5的S极，所述电阻R11与稳压二极管ZD3相并联，所述三极管Q7为NPN三极管，所述MOS管Q5、MOS管Q6都为N沟道MOS管。

工作原理：

1：当输入电压VCC低于一定程度时，由电阻R1、电阻R2、电阻R3分压决定，电阻R3的电压低于0.7,三极管Q1截止，MOS管Q2的栅极被R4拉高导通，导致光耦的G1中的G1A得不到电流而关闭，此时DCDC模块是关闭的，实现了欠压关闭功能。2：当输入过压VCC超过93V时，稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD2钳位，导致输入到MOS管Q5、MOS管Q6的控制端被钳位，实现线性降压的功能，Q5、Q6导通，DCDC模块正常工作。3：当输入因为某种原因短路，(如焊接短路，掉锡渣，未下电误短路等情况)，电阻R12、二极管D2短路到GND，三极管Q4导通，此时就算MCU通过电阻R5三极管Q3输出高电平，光耦G1的初级信号也会被短路，导致光耦G1初级没有电流关断，DCDC模块是关闭的，实现短路保护功能。4：当本发明首次上电，电阻R14限流给电容C1、电容C4充电，一般本发明上电是永不下电的，此时由于电容C1、电容C4已经充满，就算MOS管Q5、MOS管Q6导通给后级共电，也已经不会出现冲击，此时DCDC模块正常工作。5：当以上保护都未发生，正常工作时，MCU只要通过电阻R5三极管Q3输出高电平，三极管Q3导通，3V就会送到光耦G1初级，MOS管Q5、MOS管Q6就导通，由于MOS管的双向导通原理，此时后端就算有重载也可以通过Q5,Q6快速的充放电储能，此时DCDC模块正常工作。

1：具备深度欠压关闭功能，本发明正常是可以自己关断的，但前提控制回路正常，那么加一级硬件关断就比较必要。2：深度欠压本身需要具备低功耗要求，此电路符合，电阻R1、R2、R3在设计时，采用串联10M左右的总电阻，那么当20串，84V满电时，漏电是8.4uA,几乎对电芯不产生什么影响，由于MOS是电压驱动型，不需要很大的维持电流，所以电阻R4也可以用M级别电阻，而且电阻R4供电是3.3V,电压低，电阻大消耗电流更小,满足欠压后的持续维持关断。3：具备过压钳位功能，DCDC模块由于采用了能量转移，所以高压侧的电流一般不大，在20mA范围即可满足大部分需求，当本发明外部短路时，输入Vin电压会被感性能量抬升，虽系统为正常工作情况下Vin是56-84V，但可能飙升到110-120V,此时ZD1、ZD2稳压管导通，钳位到75+18V＝93V,R8限流稳压管电流值，当光耦G1的G1B导通时，Q5和Q6的控制级将保持在93V，此时Q5,Q6的输入级大于控制级，无法完全导通均处于线性导通区，其上的瞬间功耗在(120-93V)0.02A＝0.54W.如Q5和Q6使用SOT23-3也是可以承受住瞬间功率的。4：具备输入短路保护功能和MCU告警，由于对安全性要求很高，就算各种原因器件损坏也不能引起持续发热情况，所以及时的关闭有问题电路就很重要，当DCDC模块的输入短路将会引起很大的电流从而前级损坏，此失效模型可能只是误操作，可恢复的，而如果不保护将必然产生更换器件动作。如掉锡渣，贴片短路，清理即可恢复不会产生更换器件时间和硬件成本，当短路保护后可由软硬件同时介入。5：大部分的DCDC模块的输入电容都会直接连在芯片输入端，在后端重载情况能及时补充电量，但每次开关都会对开关产生导通损耗，如果余量不够还可能造成损坏，导致无法关断DCDC模块回路持续放电，从而只能触发深度欠压功能，实验表明大电容C1、C4可放在开关Q5之前，只要合理走线，使得经过开关后到芯片距离良好，性能不会打折扣，故本设计根据经验调整为此方式并要求layout走线在2mm宽度且减少长度,从而只有生产的首次上电R14,Q7承受一次冲击即可，当正常工作后电容充放电直接经过Q5、Q6不影响蓄能作用。6：使用了高端的双Q5、Q6的N管进行开关和快速充放电的实现，内阻小，过电流能力大，所以承受的应力大，不容易损坏，当Q5损坏,Q6也能保持有功能。7:驱动采用光耦隔离使能，使用更加安全。

本发明具备深度欠压关闭和短路保护功能，深度欠压具有低功耗的优点；本发明具备过压钳位功能；本发明具备输入短路保护功能和MCU告警功能，本发明使用了高端的MOS管Q5、MOS管Q6进行开关和快速充放电的实现，内阻小，过电流能力大，所以承受的应力大，不容易损坏，当MOS管Q5损坏,MOS管Q6也能保持功能。驱动采用光耦隔离使能，大大提高了安全性。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。