CN101645608A - 自激驱动续流控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自激驱动续流控制装置，属于直流电源控制技术领域。该装置含有主要由三极管和振荡线圈构成的自激振荡电路，用以将输入的低电压升压为所需高频脉冲电压输出；主要由整流二极管和滤波电容构成的整流滤波电路，用以将输入的所述高频脉冲电压转变为工作电压；主要由定时器和充放电电路构成的驱动电路，用以将输入的工作电压定时输出产生具有时间间隔的驱动控制电压，驱动后级电路；主要由与续流二极管并联的VMOS器件构成的VMOS开关电路，用以在输入的所述驱动控制电压驱动下，按预定时间间隔导通，辅助续流。本发明不仅可以在个别电池出现故障时确保及时恢复电池组供电，同时可以有效避免续流二极管过热，防止电池组其它电池损坏。

Description

自激驱动续流控制装置

技术领域

本发明涉及一种续流控制装置，尤其是一种自激驱动续流控制装置，属于直流电源控制技术领域。

背景技术

据申请人了解，在直流电池组电源系统中，经常会发生连接于直流电池组电源中的个别电池因故障(电压下降、无电流等)或外部条件(如环境温度、光照度、振动等)异常变化导致电池不能正常提供电能(电压、电流)，发生临界失效特性并呈负电压形成电阻时，该电池变成了“受电负载”，将会大量的自耗电源系统中其它电池的能量而发热。这种情况如果不及时处理，就会损坏电池组中的其它好的电池。由于很多情况下，系统处于无人值守状态，结果不仅电源系统不能正常工作，而且会造成重大的经济损失，严重时可能引起火灾、甚至爆炸。这种现象在大功率直流电池组电源应用系统中是屡见不鲜的。

对现有中国专利检索发现，申请号为：96197701.9、86101403、02800874.X、98120609.2、97120561.2、00135965.7、200720027837.0、200610096986.2、200720041754.7等中国专利申请分别披露了近年来有关直流电源(含风能电源、太阳能光伏电源)控制装置方面的进展。但上述直流电源控制装置多数用于市电(交流电)转换直流电，而并非直接应用于电池组构成的直流电源。个别虽涉及直流电续流原理，但不仅成本不经济性，而且不能有效解决电池组电源系统因个别电池发生临界失效呈负电压故障状态导致的问题。

进一步检索发现，申请号为200720093866.7的中国专利公开了一种蓄电池组续流装置，目的是让蓄电池组供电真正达到不间断。该装置主要由二极管、两接触片、弹簧组成，两接触片分别连接蓄电池正极和负极。当电池有故障阻抗变高时，二极管由反向偏置变正向偏置，导通达到续流的目的，若电流很大，二极管发生性变或形变时，接触片在弹簧的作用下紧密接触，短路此只电池仍达到续流的目的。但对实际使用过程的深入分析可知，使用二极管续流时，两端会产生一般为0.75V管压降；当蓄电池组电流达到10A、20A时，管压降甚至可以大到1V～1.5V。因此，二极管所消耗的功率将达到10W～20W或更大，不但二极管自身高温发热，容易损坏，甚至会损坏相邻的蓄电池，存在安全性问题和不可靠隐患；而且即使在弹簧作用下依靠接触片短路续流，也不够可靠，原因一是二极管在大电流作用下很快烧坏，使接触片根本来不及闭合短路；二是接触片的温控短路间距无法准确计量设定，三是即使接触片形成短路，待温度下降后，又形成断路，无法继续续流。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺陷，提出一种在电池组中个别电池出现故障时能够确保及时恢复电池组供电，同时又能有效避免续流二极管过热的自激驱动续流控制装置，从而防止电池组其它电池的损坏。

为了达到以上目的，本发明的自激驱动续流控制装置包括自激振荡电路、整流滤波电路、驱动电路和MOS开关电路，所述自激振荡电路的输入端接电池反向电压控制的通断器件，用以将输入的低电压升压为所需高频脉冲电压输出；所述整流滤波电路的输入端接所述自激振荡电路的输出端，用以将输入的所述高频脉冲电压转变为工作电压；所述驱动电路由实现电压高、低定时翻转输出电路构成，其输入端接所述整流滤波电路的输出端，用以将输入的工作电压定时转换输出，产生具有预定时间间隔的高、低驱动控制电压，驱动后级电路；所述MOS开关电路由与续流二极管并联的MOS器件构成，用以在输入的所述驱动控制电压驱动下，按预定时间间隔导通，辅助续流。

本发明进一步的完善是：所述自激振荡电路由三极管和两路振荡线圈构成；所述两路振荡线圈的一端相连，另一端分别与三极管的基极和集电极连接；所述三极管的发射极与所述继电器的常闭触点串联。

本发明更进一步的完善是：所述整流滤波电路由两只并联的整流二极管和两只滤波电容构成。

本发明再进一步的完善是：所述驱动电路由定时器芯片和充放电电路构成，所述充放电电路由与滤波电容之一并联的串联电阻、电容组成。

本发明又进一步的完善是：所述VMOS器件为VMOS管，所述VMOS管的栅极通过栅极电阻后，在经旁路电阻接整流滤波电路的整流输出端之一的同时，还经旁路二极管接所述定时器芯片的输出端。

通常在使用时，所述自激振荡电路的输入端与电池反向电压导通控制电路控制的通断器件串联，所述VMOS器件与续流二极管并联在构成电池组的电池两端。

所述反向电压导通控制电路由串接在电池两端的继电器线圈和控制二极管构成，所述通断器件为串联在自激振荡电路输入端的继电器常闭触点。

当电池因出现异常而呈负电压状态时，将被续流二极管钳制在只有0.75V左右的微弱反向电压，该反向电压导通控制电路，使自激振荡电路自激振荡，产生升压脉冲，输出到整流滤波器，经整流滤波电路转换为工作电压，供给驱动电路。驱动电路的优选方案是由定时器和充放电电路构成，通过充放电输出预定时间间隔的驱动控制电压到VMOS开关电路，驱使与续流二极管并联的VMOS器件按预定时间间隔导通，起到辅助续流作用，从而抑制通过续流二极管的电流。结果，不仅可以在个别电池出现故障时确保及时恢复电池组供电，同时可以有效避免续流二极管过热，防止电池组其它电池损坏。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明技术方案的电路原理框图。

图2为本发明优选实施例一的电路图。

图3为图1实施例实际应用时的电路原理图。

图4为本发明实施例二的局部电路图。

图5为本发明实施例三的局部电路图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的自激驱动续流控制装置(1)如图1所示，主要由自激振荡电路(10)和整流滤波电路(20)构成的振荡电压发生器(2)、充放电和定时电路(30)构成的高频脉冲驱动电路(3)、VMOS(V型槽MOS场效应管)开关电路(4)，以及作为电池反向电压导通控制的继电器(40)构成。其具体的电路构成如图2所示。

自激振荡电路主要由三极管T2和两路振荡线圈B1构成，振荡线圈B1中两路线圈的一端相连，两路线圈的另一端分别与三极管B1的基极和集电极连接，该三极管B1的发射极作为自激振荡电路的输入端，与继电器J1的常开触点J1-B、J1-A串联，该继电器的线圈J1与控制二极管D4串接在电池两端，构成相应电池的反向电压导通控制电路。继电器J用于识别电池状态是否异常。当电池正常供电时，继电器线圈J得电，其触点处于常开状态，自激驱动续流控制装置不工作；当电池异常呈负压状态时(即与标示“+”“-”极相反)，继电器检测到负压，其线圈J失电，从而作为受控于电池反向电压导通控制电路的通断器件——触点J1-B、J1-A导通，使自激驱动续流控制装置工作。

具体而言，继电器处在负压状态下时，虽然续流二极管D5的钳制压降只有-0.75V左右，但常闭触点J1-A和J1-B将及时导通，作用于由T2和B1组成自激振荡电路，使之在-1V以下即产生自激振荡，将超低电压(-1V以下)提升成为15V左右的高频脉冲电压输出至整流滤波电路。

整流滤波电路主要由两只并联的整流二极管D1、D2和滤波电容C1、C2构成，通过整流滤波，将自激振荡电路输入的高频脉冲电压转变为约15V的工作电压后输出到驱动电路。

驱动电路主要由型号为7555的定时器芯片IC1和充放电电路构成，该充放电电路由与滤波电容之一的C2并联的串联电阻、电容R1、R2、C 3组成。该电路可以借助R1、R2、C3的充放电，通过7555芯片，将输入的工作电压定时输出，使之成为具有时间间隔的高、低驱动控制电压，驱动后级的VMOS开关电路。

VMOS开关电路主要由与续流二极管并联的VMOS管T1构成，其栅极通过栅极电阻R4后，在经旁路电阻R3接整流滤波电路的整流输出端之一的同时，还经旁路二极管D3接定时器芯片7555的输出端3脚。用以在输入的驱动控制电压驱动下，按预定时间间隔导通。

本实施例中，定时器产生高电平约1秒，低电平约20毫秒。在低电平20毫秒的时间段内，强迫VMOS管D、S极截止，保证自激振荡器工作一段时间，可靠地补充工作电压。接着，在定时器产生的高电平时间约1秒内，由整流滤波电路的整流输出端经电阻R3、R4到达VMOS管的栅极(G极)，打开VMOS管，使其D、S两极迅速短路，并可靠工作1秒钟，实现辅助续流，直到定时器又进入低电平。由于定时器芯片通过R1、R2、C3组成的充放电电路，不断由高电平翻转到低电平，再由低电平翻转到高电平，因此上述过程得以反复进行。

实际应用时，VMOS管T1与续流二极管D5并联在构成电池组的各串联电池两端(参见图3)。由于VMOS管T1在定时器芯片不断于高电平、低电平之间翻复的过程中，与整流滤波电路整流输出端送来的电压反相造成约1秒钟的短路和约20毫秒开路，不断反复地导通和截止，因此可以实现直流电池组电源在开关过程中所需的续流，达到及时可靠恢复直流电池组电源正常供电的目的。

实验证明，本实施例的自激驱动续流控制装置工作可靠，可以在个别电池出现故障时及时恢复电池组供电，同时有效避免续流二极管过热，确保供电安全。与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

需要说明的是，上述实施例是非限制性的，本发明还可以有其它变化形式。

例如，上述实施例的自激多谐振荡电路还可以有图4、图5的变化。图4与图2对应部分的差异是使用PNP的三极管；图5中则含有通用的R、C振荡电路控制电压强度，另有一绕组高压通过二极管D输出。

另外，驱动电路除了以上优选实施例中的定时器外，还可以利用具有类似原理的集成芯片如使用IRF2103也具有同样的驱动效果(IRF2103是MOS功率管驱动芯片，因为其高端输出口与输入电压同相，在输入信号＞2.5V后，高端输出高电平；在输入信号＜1.8V后，高端输出低电平；将整流滤波电路的一路输出电压电连接到IRF2103作为工作电压，通过分压电阻R1、R2送入到输入端口即可。此外，实现电压高、低定时翻转控制的其它器件或电路，都将构成本发明驱动电路的等同替换。

Claims (7)

1.一种自激驱动续流控制装置，其特征在于：包括自激振荡电路、整流滤波电路、驱动电路和MOS开关电路；所述自激振荡电路的输入端接电池反向电压控制的通断器件，用以将输入的低电压升压为所需高频脉冲电压输出；所述整流滤波电路的输入端接所述自激振荡电路的输出端，用以将输入的所述高频脉冲电压转变为工作电压；所述驱动电路由实现电压高、低定时翻转输出电路构成，其输入端接所述整流滤波电路的输出端，用以将输入的工作电压定时转换输出，产生具有预定时间间隔的高、低驱动控制电压，驱动后级电路；所述MOS开关电路由与续流二极管并联的MOS器件构成，用以在输入的所述驱动控制电压驱动下，按预定时间间隔导通，辅助续流。

2.根据权利要求1所述的自激驱动续流控制装置，其特征在于：所述自激振荡电路由三极管和两路振荡线圈构成；所述两路振荡线圈的一端相连，另一端分别与三极管的基极和集电极连接；所述三极管的发射极与所述继电器的常闭触点串联。

3.根据权利要求1或2所述的自激驱动续流控制装置，其特征在于：所述整流滤波电路由两只并联的整流二极管和两只滤波电容构成。

4.根据权利要求3所述的自激驱动续流控制装置，其特征在于：所述驱动电路由定时器芯片和充放电电路构成，所述充放电电路由与滤波电容之一并联的串联电阻、电容组成。

5.根据权利要求4所述的自激驱动续流控制装置，其特征在于：所述MOS器件为VMOS管，所述VMOS管的栅极通过栅极电阻后，在经旁路电阻接整流滤波电路的整流输出端之一的同时，还经旁路二极管接所述定时器芯片的输出端。

6.根据权利要求5所述的自激驱动续流控制装置，其特征在于：所述自激振荡电路的输入端与电池反向电压导通控制电路控制的通断器件串联，所述VMOS器件与续流二极管并联在构成电池组的电池两端。

7.根据权利要求6所述的自激驱动续流控制装置，其特征在于：所述反向电压导通控制电路由串接在电池两端的继电器线圈和控制二极管构成，所述通断器件为串联在自激振荡电路输入端的继电器常闭触点。

Images