自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路和方法

技术领域

本申请涉及车载供电技术领域，尤其涉及一种自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路和方法。

背景技术

在车辆使用过程中，通过电源为车载设备进行供电时，如在军用车辆使用过程中，GJB298-1987军用车辆28伏直流电气系统特性对输入过欠压浪涌进行要求，即需要对输入浪涌抑制到18-36V范围内。现有抑制浪涌电路中，只能对浪涌进行一定抑制，如识别100V/50ms的过压浪涌电压，对其进行抑制，识别6V/1s的欠压浪涌电压，对其进行升压，但在实际应用中，会出现超出预设范围的持续电压，如高于36V或低于18V，浪涌抑制并不能使其落在正常电压范围内，此时，长时间低于18V的电压会使电池处于长期的欠压状态供电，损坏电池，长时间高于36V的电压会烧毁浪涌抑制电路，以及烧毁后端的电源模块和供电设备，以及长时间的处于浪涌抑制状态也会损害电路，造成危险，即无法识别过欠压是浪涌造成的还是输入电压不合适造成的，进而无法采取对应的措施，容易造成电路设备损坏的问题。

发明内容

本申请针对现有技术中，无法识别过欠压是浪涌造成的还是输入电压不合适造成的，进而无法采取对应的措施，容易造成电路设备损坏的问题，提供一种一种自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路和方法，用于在一定程度上解决现有技术中的该技术问题。本申请的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路，包括：

电压采样模块、过欠压浪涌处理模块、输入过欠压关断模块和主控模块；

所述电压采样模块与所述主控模块连接，用于采集得到输入电压信息，并将所述输入电压信息传递至所述主控模块中，供所述主控模块确定所述输入电压是否异常；其中，所述异常包括：浪涌过欠压异常和持续过欠压异常；

所述主控模块在判断所述输入电压无异常时，控制电路正常输出电压；

所述主控模块在判断所述输入电压异常并为浪涌过欠压异常时，通过所述过欠压浪涌处理模块，对浪涌电压进行处理后输出；

所述主控模块在所述输入电压为持续过欠压时，通过控制所述输入过欠压关断模块关断供电回路，停止电压输出。

可选的，所述过欠压浪涌处理模块包括：过压浪涌抑制子模块和欠压浪涌升压子模块；

所述过压浪涌抑制子模块与所述欠压浪涌升压子模块均与所述主控模块连接；

所述过压浪涌抑制子模块用于在所述主控模块的控制下对输入电压进行降压；

所述欠压浪涌升压子模块用于在所述主控模块的控制下对输入电压进行升压。

可选的，

所述过压浪涌抑制子模块包括：第一电阻、第一电容、第二场效应管、第三电阻、第一二极管、第五电阻、第七电阻、第二十三电容、第四场效应管、第九电阻和第三二极管；

所述第二场效应管漏极连接电源输入端和所述第一电阻第一端，栅极通过并联的所述第一二极管和所述第三电阻连接所述主控模块，源极分别连接所述第一电容第二端、所述第四场效应管漏极和所述第一电感第一端；所述第一电阻第二端连接所述第一电容第一端；

所述第四场效应管漏极分别连接所述第一电感第一端和所述第七电阻第一端，栅极通过并联的所述第九电阻和所述第三二极管连接所述主控模块，源极连接所述第二十三电容的第二端；所述第七电阻第二端连接所述第二十三电容；

所述欠压浪涌升压子模块包括：第二电阻、第二电容、第一场效应管、第四电阻、第二二极管、第六电阻、第八电阻、第二十四电容、第三场效应管、第十电阻和第四二极管；

所述第一场效应管漏极连接电源输出端和所述第二电阻第一端，栅极通过并联的所述第二二极管和所述第四电阻连接所述主控模块，源极分别连接所述第二电容第二端、所述第四场效应管漏极和所述第一电感第二端；所述第二电阻第二端连接所述第二电容第一端；

所述第三场效应管漏极分别连接所述第一电感第二端和所述第八电阻第一端，栅极通过并联的所述第十电阻和所述第四二极管连接所述主控模块，源极连接所述第二十四电容的第二端；所述第八电阻第二端连接所述第二十四电容；

当所述主控模块判断输入电压存在浪涌过压异常时，控制所述第二场效应管和所述第四场效应管处于降压模式，控制所述第一场效应管导通，所述第三场效应管关断，对输入电压进行降压；当所述主控模块判断输入电压存在浪涌欠压异常时，控制所述第一场效应管和所述第三场效应管处于升压模式，所述控制第二场效应管导通，所述第四场效应管关断，对输入电压进行升压。

可选的，所述输入过欠压关断电路包括：第六场效应管、第七场效应管和光耦合器；

所述第六场效应管的漏极连接电源第一输出端，所述第七场效应管源极连接电源第二输出端，所述第六场效应管栅极与所述第七场效应管栅极并联后，通过所述光耦合器连接主控模块；

所述输入过欠压关断模块用于在所述主控模块的控制下，断开所述第六场效应管和第七场效应管，停止电压输出，或导通所述第六场效应管和第七场效应管，输出电压。

可选的，还包括驱动电路；

所述驱动电路包括输入过压浪涌抑制驱动电路和输入欠压浪涌升压驱动电路；

所述输入过压浪涌抑制驱动电路分别与所述主控模块和所述过压浪涌抑制子模块连接，用于驱动所述过压浪涌抑制子模块；

所述输入欠压浪涌升压驱动电路分别与所述主控模块和所述欠压浪涌升压子模块连接，用于驱动所述欠压浪涌升压子模块。

可选的，还包括辅助电源。

可选的，所述辅助电源包括驱动电路辅助电源和主控模块辅助电源；

所述驱动电路辅助电源用于为所述输入过压浪涌抑制驱动电路和输入欠压浪涌升压驱动电路供电，所述主控模块辅助电源用于为所述主控模块供电。

可选的，还包括浪涌数据存储电路；

所述浪涌数据存储电路与所述主控模块连接，用于存储输入电源产生的浪涌数据。

可选的，还包括上位机通信电路；

所述上位机通信电路与所述主控模块连接，用于与外部上位机通信之间进行数据传输。

第二方面，本申请实施例提供一种自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法，包括：

采集获取输入电压信息；

基于所述输入电压信息，判断所述输入电压值是否超出预设电压值范围，若超出预设电压值范围判断所述输入电压为过欠压，若未超过预设电压值范围判断所述输入电压为正常；

基于预设时间范围，判断所述过欠压电压维持时长是否超过预设时间范围，若超出预设时间范围判断所述输入电压为持续过欠压或浪涌处理超时，若未超出预设时间范围判断所述输入电压为浪涌过欠压；

针对不同输入电压状态进行对应的处理；其中，包括：当所述输入电压正常时，正常输出该电压；若所述输入电压为浪涌过欠压时，通过预设过欠压浪涌处理电路，对输入电压进行抑制或升压后输出；若所述输入电压为持续过欠压或浪涌处理超时，通过预设输入过欠压关断电路关闭供电主回路，停止输出电压。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请的实施例提供的技术方案中，首先通过电压采样模块采集输入电压的信息，主控模块基于采集的电压信息对输入电压进行判断，当输入电压为在预设范围内时，正常输出；当浪涌过欠压时，通过过欠压浪涌处理模块对过压电压进行抑制，对欠压电压进行升压，输出正常范围内的电压；当输入电压为持续性的过欠压时，断开供电回路，停止输出。如此，可以自适应的判断输入电压，在出现浪涌现象时，进行浪涌抑制，保证设备正常运行，在输入电压为持续性过欠压电压时，断开供电回路，保护电路和后端设备，达到自适应对输入欠压浪涌抑制和持续输入欠压关断的处理，这样大大提高了供电设备的可靠性和稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路的模块示意图；

图2为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路的第一部分原理图；

图3为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路的第二部分原理图；

图4为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法的流程原理图；

图5为本申请另一实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法的流程原理图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路的模块示意，如图1所示，本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路包括：电压采样模块1、过欠压浪涌处理模块、输入过欠压关断模块、主控模块2和输入过欠压关断模块3；其中，过欠压浪涌处理模块包括过压浪涌抑制子模块4和欠压浪涌升压子模块5。

具体的，首先通过电压采样模块1连接外部供电设备，采集输入低压的信息，并将采集的电压信息传递至主控模块2中，供主控模块2包括单片机，根据采集的电压信息，判断输入电压状态，并根据判断结果做出不同的应对。

在实际应用中，输入电压范围是18-36V时为正常电压，正常数据，为外部用电设备进行供电；当输入电压高于36V时，先检测输入电压过压的电压值和持续时间，当输入电压为100V/50ms时，主控模块2判定为输入过压浪涌，开启过压浪涌抑制子模块3，对输入过压浪涌进行抑制和钳位，钳位电压范围34-36V之间，这样可以保护后端的供电设备受到输入过压浪涌的损坏。

当主控模块2检测到输入电压36-100V之间时，当36-100V持续时间超过了50ms时，判定为输入电压过压，主控模块2会关闭输入过欠压关断电路中的NMOS管，实现切断输入电压，以此保护后端供电设备，避免其长时间接收输入过压而导致损坏。同时，因为过压浪涌抑制电路长时间对输入过压进行抑制和钳位会产生大量的热量，这样会损坏输入过压浪涌抑制电路，所以也可以避免过压浪涌抑制子模块4长时间对输入过压进行抑制和钳位而导致自身损坏。

另一方面，本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路还会在输入电压为欠压状态时进行判断和进行相应处理。

具体的，当输入电压低于18V时，主控模块2先检测输入电压的电压值和持续时间，当输入电压为6V/1s时，判定为输入欠压浪涌，主控模块2会开启欠压浪涌升压子模块5，对输入欠压浪涌进行BOOST升压处理，升压电路将低于18V电压升到18V-36V之间，使后端的供电设备不会因为输入欠压浪涌(6V/1s)供电异常，导致系统重新启动。

当主控模块2检测到输入电压6-18V之间时，当6-18V持续时间超过了1s时，判定为输入电压欠压，主控模块2会关闭输入过欠压关断电路3中的NMOS管，从而切断输入电压，这样可以使后端的供电设备不会因为输入欠压浪涌(6V/1s)供电异常，导致系统重新启动。同时，也可以避免输入欠压浪涌升压电路长时间对输入欠压进行升压导致损坏。

通过本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路，当车载供电电池和发电机设备供电异常时，即输入电压不在18-36V范围内，判断输入电压是输入过欠压浪涌还是持续输入过欠压，如果是输入过欠压浪涌，主控模块2启动相应的过压浪涌抑制子模块4或欠压浪涌升压子模块5，对过压电压进行抑制，或对欠压电压进行升压，保证电压在正常范围内；如果是持续输入过欠压，主控模块2通过切断主回路上的输入过欠压关断模块3中的NMOS管来切断输入电源，保护电路和后端供电设备安全。如此，通过自适应的方式来判断是输入电压时过欠压浪涌和持续输入过欠压，启动相应的输入过欠压浪涌电路和持续过欠压关断电路。

图2为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路的第一部分原理图；如图2所示：

过欠压浪涌处理模块包括：过压浪涌抑制子模块4和欠压浪涌升压子模块5；所述过压浪涌抑制子模块4包括：第一电阻R1、第一电容C1、第二场效应管Q2、第三电阻R3、第一二极管D1、第五电阻R5、第七电阻R7、第二十三电容R13、第四场效应管Q4、第九电阻R9和第三二极管D3；所述欠压浪涌升压子模块5包括：第二电阻R2、第二电容C2、第一场效应管D1、第四电阻R4、第二二极管D2、第六电阻R6、第八电阻R8、第二十四电容C24、第三场效应管Q3、第十电阻R10和第四二极管D4；

过压浪涌抑制子模块4中：所述第二场效应管Q2漏极连接电源输入端和所述第一电阻R1第一端，栅极通过并联的所述第一二极管D1和所述第三电阻R3连接所述主控模块2，源极分别连接所述第一电容C1第二端、所述第四场效应管Q4漏极和所述第一电感L1第一端；所述第一电阻R1第二端连接所述第一电容C1第一端；所述第四场效应管Q4漏极分别连接所述第一电感L1第一端和所述第七电阻R7第一端，栅极通过并联的所述第九电阻R9和所述第三二极管D3连接所述主控模块2，源极连接所述第二十三电容C23的第二端；所述第七电阻R7第二端连接所述第二十三电容C23；

欠压浪涌升压子模块5中：第一场效应管Q1漏极连接电源输出端和所述第二电阻R2第一端，栅极通过并联的所述第二二极管D2和所述第四电阻R4连接所述主控模块2，源极分别连接所述第二电容出第二端、所述第四场效应管Q4漏极和所述第一电感L1第二端；所述第二电阻R2第二端连接所述第二电容C2第一端；所述第三场效应管Q3漏极分别连接所述第一电感L1第二端和所述第八电阻R8第一端，栅极通过并联的所述第十电阻R10和所述第四二极管D4连接所述主控模块2，源极连接所述第二十四电容C24的第二端；所述第八电阻R8第二端连接所述第二十四电容C24。

进一步的，输入过欠压关断电路3包括：第六场效应管Q6、第七场效应管Q7和光耦合器U1；

所述第六场效应管Q6的漏极连接电源第一输出端，所述第七场效应管Q7源极连接电源第二输出端，所述第六场效应管Q6栅极与所述第七场效应管Q7栅极并联后，通过所述光耦合器U1连接主控模块。

所述输入过欠压关断模块3用于在所述主控模块2的控制下，断开所述第六场效应管Q6和第七场效应管Q7，停止电压输出，或导通所述第六场效应管Q6和第七场效应管Q7，输出电压。

本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路通过输入电压采样模块1对输入电压进行监测，然后将输入电压采样信息给主控模块2进行判断，根据判断结果进行不同的处理。

具体的，如图2所示：当输入电压在18-36V范围内，单片机判断输入电压为正常，单片机通过驱动电路对MOS管Q1和Q2保持全部导通，对MOS管Q3和Q4保持全部关断，正常对外供电。

当输入过压浪涌时(100V/500ms)，单片机通过输入电压采样模块1监测到输入电压异常，单片机通过内部定时器设置输出PWM1H和PWM1L的占空比，通过输入过压浪涌抑制驱动电路对Q2和Q4进行控制，使Q2和Q4工作在降压模式，Q1保持导通，Q3保持关断，输入过欠压关断电路保持导通，实现对输入的电压进行降压，再进行输出，保证电压在正常值内。

当输入欠压浪涌(6V/1s)，单片机通过输入电压采样模块1监测到输入电压异常，单片机通过内部定时器设置输出PWM2H和PWM2L的占空比，通过输入欠压浪涌升压驱动电路对Q1和Q3进行控制，使Q1和Q3工作在升压模式，Q2保持导通，Q4保持关闭，输入过欠压关断电路保持导通，时间对输入的电压进行升压，再进行数据，保证电压在正常值内。

进一步的，当输入过压在36-100V内，单片机通过电压采样模块1进一步采集判断输入过压的时间，当输入过压超过了500ms，单片机判断此时的输入过压是持续输入过压，单片机断开输入过欠压关断模块5，停止对外供电，保护后端设备，同时，关闭四个MOS管，保护输入过压浪涌抑制子模块3。

同理，当输入欠压在6-18V内，单片机通过电压采样模块1进一步判断输入欠压的时间，当输入欠压超过了1s，单片机判断此时的输入欠压是持续输入欠压，单片机断开输入过欠压关断电路5，停止对外供电。同时，关闭四个MOS管，保护输入欠压浪涌升压子模块3。

图3为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路的第二部分原理图，如图3所示：

本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路中，主控模块2可以通过单片机进行实现。单片机通过图3中的输入过压浪涌抑制驱动电路与过压浪涌抑制子模块4连接，通过图3中的输入欠压浪涌升压驱动电路连接欠压浪涌升压子模块5，从而控制其运行。电压采用模块1的电路原理如图3中输入电压采用电路所示、驱动电路也在图3中进行了详细的公开，具体原理可以参照图3进行理解，在此，不在进行信息描述。

进一步的，本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护电路，还包括辅助电源，辅助电源包括驱动电路辅助电源和主控模块辅助电源，主控电源辅助电源即为单片机辅助电源，电路连接原理分别如图3中的驱动电路辅助电源和单片机辅助电源所示，分别为驱动电路和单片机进行供电。

需要说明的是，本申请方案中，还包括浪涌数据存储的功能，将输入过欠压浪涌发生次数记录到浪涌数据存储电路里面，在需要读取输入过压浪涌次数时，可以通过上位机数据通信电路来实现输入过欠压浪涌次数的读取。具体的浪涌数据存储和上位机数据通信电路在图3中进行了详细的公开，可以根据电路图进行理解，在此，不在进行赘述。

另外，本申请方案中，还可以通过输出电压采样电路对输出电压进行采样检测，以及提供程序下载电路，连接外部设备，进行程序的写入下载等，具体的原理，在图3中的输出电压采用电路和程序下载电路中进行了详细的公开，可以参考电路图进行理解，在此不再进行描述。

基于同一个发明构思，图4为本申请实施例示出的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法的流程原理图，如图4所示：

本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法，包括：

S101、采集获取输入电压信息；

S102、基于所述输入电压信息，判断所述输入电压值是否超出预设电压值范围，若超出预设电压值范围判断所述输入电压为过欠压，若未超过预设电压值范围判断所述输入电压为正常；

S103、基于预设时间范围，判断所述过欠压电压维持时长是否超过预设时间范围，若超出预设时间范围判断所述输入电压为持续过欠压或浪涌处理超时，若未超出预设时间范围判断所述输入电压为浪涌过欠压；

S104、针对不同输入电压状态进行对应的处理；其中，包括：当所述输入电压正常时，正常输出该电压；若所述输入电压为浪涌过欠压时，通过预设过欠压浪涌处理电路，对输入电压进行抑制或升压后输出；若所述输入电压为持续过欠压或浪涌处理超时，通过预设输入过欠压关断电路关闭供电主回路，停止输出电压。

下面将以一个具体实施过程为例，对本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法，进行说明，图5为本申请另一实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法的流程示意图，如图5所示，本申请实施例提供的自适应输入过欠压浪涌抑制和输入过欠压保护方法，包括：

首先，在系统上电初始化时，判断检测输入电压为是否为过欠压，即判断输入电压是否在预设范围内，如18-36V，如果在该范围内，即未检测到输入过欠压浪涌或持续输入过欠压，则正常输出；

当检测到过欠压时，判断是浪涌过压还是输入欠压，如果检测到输入过压，然后再判断是输入浪涌过压还是持续过压，当为浪涌过压时，启动预设过压浪涌抑制电路，使电压落在正常值范围内，进行输出，如果为持续过压，则启动预设输入过压关断电路，停止供电。

如果检测到输入欠压，然后再判断是输入浪涌欠压还是持续欠压，当为浪涌欠压时，启动预设欠压浪涌升压电路，使电压落在正常值范围内，进行输出，如果为持续欠压，则启动预设输入欠压关断电路，停止供电。

需要说明的是，本实施例为在判断初期将过压和欠压进行分类，然后判断电压异常是浪涌造成的还是持续输入异常，当然在实际应用中，先判断是浪涌造成的电压异常还是持续输入的异常，再对过欠压进行分类，其原理是相近的，该领域的技术人员并不需要进行复杂的设计和构思，也是数据本申请的保护范围之内。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。