一種高精度多門限車載娛樂系統電源檢測電路的研究

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；.南京郵電大學電子科學與工程學院，江蘇 南京 0003)

設計研究

一種高精度多門限車載娛樂系統電源檢測電路的研究

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.南京郵電大學電子科學與工程學院，江蘇 南京 210003)

文章介紹了車載娛樂系統中電源電壓檢測電路，從車載系統要求到電路設計，進行了電路仿真驗證。為了實現車載系統電源的可靠工作，著重討論了如何根據要求的滯回門限電壓值設計相關電路參數，以及電源電壓、溫度等因素變化對電路精度的影響，使設計的電源電壓檢測電路具有高精度，多門限的特點。

車載電源；檢測電路；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

在車載娛樂系統中，為了保證系統和人身安全，需要車載電源管理系統檢測電源的電壓值，以確定系統的正常工作狀態。比如檢測蓄電池的電量，實現充放電管理，車載系統通常要求的電源電壓為 12V左右。當電源電壓過低，需要將系統進入睡眠模式，防止在低壓狀態下邏輯電路進行誤操作，或將非易失性存儲單元（如FLASH 等）的數據進行誤改寫，造成數據丟失。當電源電壓過高，為了防止系統中的電路芯片燒壞，因此也需要電源電壓檢測電路判斷電源電壓值。另外，系統中的有些電路能夠承受的工作電壓范圍不同，所以會要求多門限電壓限值［1-3］。

1、電路系統設計

車載12V電源經過保護二極管輸入到DC/DC進行電壓轉換，通過BOOST/LDO等電源芯片轉換成所需要的電壓，分別給高低壓檢測模塊、MCU以及其它電路模塊供電。高低壓模塊檢測到電壓異常后會通過VO1/VO2向MCU發送中斷GPIO信號，MCU通過內部邏輯設置來關閉相關的電路模塊以及供電使能［4-6］。

圖1　電路系統工作原理框圖

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，是對兩個模擬電壓比較其大小。滯回電壓比較器又稱施密特觸發器，遲滯比較器。這種比較器的特點是當輸入信號逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，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。

負向過程的閾值為：

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

1.2高低壓檢測模塊

在我們設計電路中，Vin是12V左右的車載電源，通過分壓電阻將電壓輸入到前級電路的負端，3V3_LDO是 VIN通過LDO產生的一個穩壓電源輸出，紋波在100mV左右。3V3_LDO通過分壓電阻產生的電壓值輸入到運放的正端。當+INA大于-INA時，OUTA輸出高電平，Q1導通，VO1輸出低電平。當+INA小于-INA時，OUTA輸出低電平，Q1截止，VO1輸出高電平。U1B工作原理同上。根據設定的閾值，我們可以得到：當VL2VH2時，VO1低電平，觸發中斷信號［8］。

圖3　高低壓檢測模塊

首先，根據需要設定相應的閾值電壓如表1所示：

表1　滯回比較器的閾值電壓

以下前后兩級的電路中，VO1/VO2信號會輸入到MCU的中斷GPIO口。當Vin電壓大于9.6V小于16V時，系統正常工作，檢測信號VO1/VO2分別輸出高電壓。當低于或者高于設定的閾值電壓時，輸出信號為低電平，會觸發中斷。其中VO1輸出低，VO2輸出高時，MCU會將部分外圍回路關閉，但仍然可以保持 CAN通信。當兩個信號都輸出高電平時，MCU輸出中斷禁止CAN通訊，整個系統進入待機狀態。

圖4　整個電路系統的電路圖

2、電路系統制作與測試

圖5　電路系統的PCB板　

電路檢測系統電路通過PCB打樣制作電路板如圖5所示。電路系統中的電阻參數如表2所示，為了得到計算的電阻值，PCB中的部分電阻采用了電阻串聯的方式。

表2　電路中的電阻參數

在設計完成的PCB中，通過可調穩壓電源在Vin處施加12V左右電壓，此時在測試點VO1/VO2處用萬用表測試當前的電平均為高電平，然后緩慢降低Vin，當VO1電平跳變時記錄下Vin的電壓值VL1，然后繼續調低，VO2電平跳變時記錄下VL3，之后，開始將電壓從5V以下緩慢升高，VO2電平跳變時記錄VL4，VO1跳變時記錄VL2。高壓檢測同理。測試結果如表3所示。

3、致謝

本文是江蘇省青年基金項目（BK20140890）、南京郵電大學引進人才資助項目（NY213024）和東南大學 MEMS教育部重點實驗室開放研究基金 （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

測試試驗

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。