3.1 输入电路的设计
输入电路的原理图如图4 所示。R1 为下拉电阻, 将限时保护继电器输入端的高阻态转化为低阻态, 实现ECU 对负载端的低阻态要求; V6 为反向保护二极管, 当输入端出现反向电压时, 通过二极管的单向导电性, V6 将反向电压隔断, 避免反向电压对后端电路造成影响; V1 为5V 稳压管, 输入电压通过稳压管降压后, 加在限流电阻R2 上,给后级电路提供恒流供电, 驱动限时保护继电器工作。
其电流IR2的计算如下(按额定电压计算):
下拉电阻R1 的电流值IR1的计算如下:
输入电流I输入的电流值为:
3.2 延时滤波电路的设计
限时保护继电器使用在汽车发动机上, 其使用条件比较恶劣, 发动机工作时会产生大量的干扰电压, 干扰电压加到限时保护继电器的输入端可能会造成限时保护继电器的误动作。因此, 在限时保护继电器的输入电路之后, 设计一个延时滤波电路,延时滤波电路的原理图如图5 所示。当干扰电压小于一定值时(200ms, 干扰电压的持续时间较短,在1μs 左右), 限时保护继电器不工作, 只有输入端持续供电超过200ms, 才认为是输入端正常供电, 限时保护继电器正常工作。
延时滤波电路的具体工作原理是: 当输入端添加一个上升沿电压信号时, 电流经过R6、R7 给电容C 充电。当电容C 充电到一定的门限值V 限时,反向器的“10” 引脚输出高电平, 限时保护继电器开始工作。充电时间(即延时时间) 由下式计算:
当反相器的“13” 引脚电压充电到3.8V 时,反相器开始工作, 其中V5 为5V 稳压管。
因此, V (t) 为3.8V, E 为5V, 代入上式:
3.3 限时保护电路的设计
为了避免起动机单次过长时间起动, 起动机因过热损坏绝缘层而烧毁定转子, 进而损坏起动机,在限时保护继电器的输入端设计出限时保护电路(如图6 所示)。输入端加电, 由于电容器C1 两端的电压不能够突变, 因此, 反相器的“1” 引脚为高电平, 通过两级反向门, 反相器的“4” 脚为高电平, 三极管V7 接通, 限时保护继电器开始工作。此时, 通过C1、R5 回路给电容C1 充电, 当反相器“1” 脚电压低于3.8V 时(即电容C1 两端的电压为1.2V), 反相器的“4” 脚输出低电平信号, 此时三极管V7 关断, 限时保护器停止工作。
其中, 充电时间的计算公式如下: