汽車電源保護電路設計

本文主要從汽車電路的特點入手，設計一款能夠保護汽車用電設備的保護電路，以便使汽車用電設備工作在額定電壓下，保證汽車電器正常運行。

一、汽車電源系統原理

汽車電源系統由兩部分組成，即鉛蓄電池和交流發電機，鉛蓄電池和交流發電機并聯在一起工作。在發動機沒有啟動或已經啟動沒有達到穩定帶速之前，主要由蓄電池提供能量。當發動機達到穩定帶速以后，主要由汽車發電機提供能量，同時交流發電機為鉛蓄電池充電。正常工作中鉛蓄電池與發電機并聯，由于鉛蓄電池的電壓鉗位作用，電源輸出電壓基本保持在額定電壓基礎上。如果汽車處在長時間低耗能的狀態下運行，鉛蓄電池可能出現滿電情況，如果發電機繼續為鉛蓄電池充電，鉛蓄電池的端電壓會隨充電電壓升高，產生交流發電機撇載現象。在撇載狀態下，鉛蓄電池失去電壓鉗位作用，輸出電壓等于交流發電機整流輸出電壓，大約15伏左右。

二、汽車電源保護電路作用

鉛蓄電池額定電壓大約為12伏（柴油車為24伏），交流發電機輸出額定電壓大約為14.5伏。汽車電器設備額定電壓是12伏，如果出現撇載現象，交流發電機電壓接在電器設備上，此時電壓已經超出額定電壓的20%，可能燒毀用電設備。為了防止汽車電氣設備在發電機撇載后出現燒毀現象，需要對汽車用電設備進行保護，這個保護用電設備的電路，我們稱之為汽車電源保護器。本項目主要就是研究保護汽車用電設備的保護電路，以便使汽車能安全、可靠地運行。

三、汽車電源保護電路結構

汽車電源保護電路主要是把用電設備電壓控制在額定電壓的10%以內。而對于汽車而言，出現撇載現象之前，用電設備不會出現過壓現象而燒毀；出現撇載現象后，電壓升高可能燒毀用電設備。電路設計上采用兩部分組成，一部分采用開關控制哪一路電路接通；另一部分采用直流串聯穩壓電路使撇在后輸出電壓穩定。該電路主要由穩壓電路和開關控制電路兩部分組成，撇載之前電源電壓經過常閉觸點加在負載上，此時保護電路幾乎對原電路沒有影響；撇載之后，電壓經過常開觸點送到穩壓電路，經過穩壓后加到負載上。這樣就可以保證用電設備在額定電壓下工作，從而使用電設備更加可靠地運行。

四、汽車電源保護電路工作原理

電源保護電路與普通串聯型穩壓電源略有不同，在穩壓電源的前邊增加了多觸點繼電器，當電源電壓在12伏（汽車發電機撇載之前）時，繼電器不動作，電源經繼電器常閉觸點，加到用電設備上。當電源電壓增加到12.5伏以上時，繼電器動作，常閉觸點打開，常開觸點閉合，電源電壓經繼電器常開觸點，經串聯穩壓電路穩壓后加到用電設備上。

串聯穩壓電路使用了具有溫度補償特性的，高精度的標準電壓源集成電路TL431，所以使電路簡化，成本降低，而穩壓性能卻很高。穩壓管TL431的穩壓值連續可調，這個穩壓值決定了穩壓電源的最大輸出電壓。調整管用的是大電流NPN型金屬殼硅管，由于它的發熱量很大，如果條件允許，盡量購買大的散熱片，擴大散熱面積，如果不需要大電流，也可以換用功率小一點的硅管，這樣可以做的體積小一些。濾波用兩只50V、4700uF電解電容并聯，使大電流輸出更穩定，如果考慮高頻波影響，可以增加一個低容量濾波電容。

五、汽車電源保護電路設計技術關鍵點

應用汽車電源保護電路可以有效保護汽車用電設備，防止用電設備因為電源電壓升高而損壞。雖然電路在設計上采用穩壓電路，但又與傳統串聯型穩壓電路不完全相同，具體體現在以下幾方面：

1.電源調整管采用雙管串聯形式，可以提供更大的電流。汽車電路具有低電壓、大電流的特點，因此采用雙管串聯，可以增加輸出電流。電流的增加會使調整管管耗增加，調整管可能會產生大量的熱量，三極管的選擇很重要，同時散熱問題也是項目研究的重點，除了考慮增大散熱片外，必要時還可以考慮增加風扇散熱，以保證三極管工作穩定。

2.為了降低電源保護設備插入損耗，采用繼電器對電路中電壓分段控制。利用繼電器控制串聯穩壓電路的工作狀態，只有在電源電壓升高時，穩壓電路工作，其他情況下穩壓電路不工作，這樣就可以降低設備損耗。

3.繼電器在斷開、吸合瞬間，可能產生脈沖電壓，影響輸出電壓穩定。為了防止輸出電壓受到影響，電路中采用雙電容并聯形式，提高電路的充放電時間，降低由于繼電器動作產生的影響。

汽車電源保護器主要是針對目前汽車市場上出現用電設備偶爾燒毀而設計的，電路結構簡單，穩壓效果好，安裝維護比較方便，插入損耗小。該電路主要為5A以上用電設備設計的，如果為收音機、電視機等供電，電源調整管還可以選擇小功率管。電路的缺點是輸出電壓在繼電器動作前后可能不一致，設備體積可能略大，如果采用風扇散熱，可能增加設備能耗等。但不管怎么說，這都是目前市場上絕無僅有的一款為汽車電器設備設計的保護電路，隨著汽車電子技術的飛速發展，在不久的將來它將發揮巨大的作用。

參考文獻：

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