白文娟，王德波，周立夫（.惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司，江蘇 南京 06；.南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 0003)

設(shè)計(jì)研究

一種高精度多門限車載娛樂系統(tǒng)電源檢測(cè)電路的研究

白文娟1，王德波2，周立夫1
（1.惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司，江蘇 南京 211106；
2.南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210003)

文章介紹了車載娛樂系統(tǒng)中電源電壓檢測(cè)電路，從車載系統(tǒng)要求到電路設(shè)計(jì)，進(jìn)行了電路仿真驗(yàn)證。為了實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)電源的可靠工作，著重討論了如何根據(jù)要求的滯回門限電壓值設(shè)計(jì)相關(guān)電路參數(shù)，以及電源電壓、溫度等因素變化對(duì)電路精度的影響，使設(shè)計(jì)的電源電壓檢測(cè)電路具有高精度，多門限的特點(diǎn)。

車載電源；檢測(cè)電路；高精度；多門限

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.001

CLC NO.: TP212Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-01-03

引言

在車載娛樂系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)和人身安全，需要車載電源管理系統(tǒng)檢測(cè)電源的電壓值，以確定系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。比如檢測(cè)蓄電池的電量，實(shí)現(xiàn)充放電管理，車載系統(tǒng)通常要求的電源電壓為 12V左右。當(dāng)電源電壓過低，需要將系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式，防止在低壓狀態(tài)下邏輯電路進(jìn)行誤操作，或?qū)⒎且资源鎯?chǔ)單元（如FLASH 等）的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤改寫，造成數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)電源電壓過高，為了防止系統(tǒng)中的電路芯片燒壞，因此也需要電源電壓檢測(cè)電路判斷電源電壓值。另外，系統(tǒng)中的有些電路能夠承受的工作電壓范圍不同，所以會(huì)要求多門限電壓限值［1-3］。

1、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載12V電源經(jīng)過保護(hù)二極管輸入到DC/DC進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，通過BOOST/LDO等電源芯片轉(zhuǎn)換成所需要的電壓，分別給高低壓檢測(cè)模塊、MCU以及其它電路模塊供電。高低壓模塊檢測(cè)到電壓異常后會(huì)通過VO1/VO2向MCU發(fā)送中斷GPIO信號(hào)，MCU通過內(nèi)部邏輯設(shè)置來關(guān)閉相關(guān)的電路模塊以及供電使能［4-6］。

圖1　電路系統(tǒng)工作原理框圖

1.1滯回電壓比較器

圖2　滯回比較器及其傳輸特性

電壓比較器簡單的講，是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小。滯回電壓比較器又稱施密特觸發(fā)器，遲滯比較器。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)逐漸增大或逐漸減小時(shí)，它有兩個(gè)閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀［7］。

正向過程的閾值為：

形成電壓傳輸特性的abcd段。

負(fù)向過程的閾值為：

兩個(gè)閾值的差值ΔUTH=UTH1-UTH2稱為回差。由上分析可知，改變R2值可改變回差大小，調(diào)整UR可改變UTH1和UTH2，但不影響回差大小。

1.2高低壓檢測(cè)模塊

在我們?cè)O(shè)計(jì)電路中，Vin是12V左右的車載電源，通過分壓電阻將電壓輸入到前級(jí)電路的負(fù)端，3V3_LDO是 VIN通過LDO產(chǎn)生的一個(gè)穩(wěn)壓電源輸出，紋波在100mV左右。3V3_LDO通過分壓電阻產(chǎn)生的電壓值輸入到運(yùn)放的正端。當(dāng)+INA大于-INA時(shí)，OUTA輸出高電平，Q1導(dǎo)通，VO1輸出低電平。當(dāng)+INA小于-INA時(shí)，OUTA輸出低電平，Q1截止，VO1輸出高電平。U1B工作原理同上。根據(jù)設(shè)定的閾值，我們可以得到：當(dāng)VL2VH2時(shí)，VO1低電平，觸發(fā)中斷信號(hào)［8］。

圖3　高低壓檢測(cè)模塊

首先，根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)的閾值電壓如表1所示：

表1　滯回比較器的閾值電壓

以下前后兩級(jí)的電路中，VO1/VO2信號(hào)會(huì)輸入到MCU的中斷GPIO口。當(dāng)Vin電壓大于9.6V小于16V時(shí)，系統(tǒng)正常工作，檢測(cè)信號(hào)VO1/VO2分別輸出高電壓。當(dāng)?shù)陀诨蛘吒哂谠O(shè)定的閾值電壓時(shí)，輸出信號(hào)為低電平，會(huì)觸發(fā)中斷。其中VO1輸出低，VO2輸出高時(shí)，MCU會(huì)將部分外圍回路關(guān)閉，但仍然可以保持 CAN通信。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)都輸出高電平時(shí)，MCU輸出中斷禁止CAN通訊，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

圖4　整個(gè)電路系統(tǒng)的電路圖

2、電路系統(tǒng)制作與測(cè)試

圖5　電路系統(tǒng)的PCB板　

電路檢測(cè)系統(tǒng)電路通過PCB打樣制作電路板如圖5所示。電路系統(tǒng)中的電阻參數(shù)如表2所示，為了得到計(jì)算的電阻值，PCB中的部分電阻采用了電阻串聯(lián)的方式。

表2　電路中的電阻參數(shù)

在設(shè)計(jì)完成的PCB中，通過可調(diào)穩(wěn)壓電源在Vin處施加12V左右電壓，此時(shí)在測(cè)試點(diǎn)VO1/VO2處用萬用表測(cè)試當(dāng)前的電平均為高電平，然后緩慢降低Vin，當(dāng)VO1電平跳變時(shí)記錄下Vin的電壓值VL1，然后繼續(xù)調(diào)低，VO2電平跳變時(shí)記錄下VL3，之后，開始將電壓從5V以下緩慢升高，VO2電平跳變時(shí)記錄VL4，VO1跳變時(shí)記錄VL2。高壓檢測(cè)同理。測(cè)試結(jié)果如表3所示。

3、致謝

本文是江蘇省青年基金項(xiàng)目（BK20140890）、南京郵電大學(xué)引進(jìn)人才資助項(xiàng)目（NY213024）和東南大學(xué) MEMS教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金 （3206005302） 資助課題。

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Research on a high-precision multi-threshold power detection circuit of car entertainment system

Bai Wenjuan1, Wang Debo2, Zhou Lifu1
( 1.Huizhou Desay SV Automotive Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 211106; 2.College of Electronic Science and Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Jiangsu Nanjing 210003 )

A power supply voltage detection circuit of the automotive entertainment systemis described.According to the circuit design of the automotive system, the circuit performance issimulated.In order to achieve reliable operation of the automotive system power, how to design the related circuit parameters and the influence on the circuit precision of a power supply voltage, temperature and other variables are focused on. Thus, the designed power supply voltage detection circuit have a high accuracy,multi-threshold characteristics.

Automotive Power; Detection Circuit; High Precision; Multi-threshold

測(cè)試試驗(yàn)

TP212

A

1671-7988（2015）12-01-03

白文娟，就職于惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司。