CN101888109B

CN101888109B - 采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路

Info

Publication number: CN101888109B
Application number: CN 201010235714
Authority: CN
Inventors: 胡旻宇; 胡海洋
Original assignee: HENGYANG ZHONGWEI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HENGYANG ZHONGWEI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: CN101888109A

Abstract

一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，由端子1、输入端子2、端子3、P沟道场效应管4、电阻5、P沟道场效应管6、二极管7、电阻8、电阻9、二极管10、电容11、电阻12、光电耦合器13、电阻14、光电耦合器15、电阻16、电容17、NPN晶体三极管18、电阻19、电容20、电阻21、端子22、端子23组成。它采用全对称电路设计，在对充电电源和蓄电池实现双向反接保护的同时，还可对蓄电池进行可编程充电，可有效地应用于电动汽车和其它电动车辆等各类大功率充电装置。可广泛应用于各类直流供电系统，使其得到有效的保护，提高系统的可靠性，减少因使用不当造成的意外损失。尤其适合于在太阳能风能供电系统中对蓄电池进行可编程充电和双向反接保护，能大大提高太阳能风能供电系统的工作性能和可靠性。

Description

采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路

技术领域

本发明涉及蓄电池充电保护技术，特别是一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路。

背景技术

目前，采用新能源成为当前人类面临的迫切课题。在采用新能源用于动力和照明时，往往需要配置蓄电池供电系统。在使用蓄电池供电系统时，无论充电电源反接还是蓄电池反接，都会带来严重的后果。现有技术中，普遍采用熔断器、继电器、二极管、晶闸管、晶体三极管和二极管与场效应管串联对充电电源反接或蓄电池反接进行保护，采用以上方法都存在以下缺点：

采用熔断器一次性保护虽然简单，熔断器熔断后，需要人工更换新的熔断器，十分不方便；

采用继电器保护，大电流工作时触点容易烧毁，且触点通断次数有限；采用二极管、晶闸管、晶体三极管和二极管与场效应管串联保护均有导通电阻大，大电流工作时功率损耗大等等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路。

本发明的技术方案是：一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，是由端子1、输入端子2、端子3、P沟道场效应管4、电阻5、P沟道场效应管6、二极管7、电阻8、电阻9、二极管10、电容11、电阻12、光电耦合器13、电阻14、光电耦合器15、电阻16、电容17、NPN晶体三极管18、电阻19、电容20、电阻21、端子22、端子23组成。

端子1分别与二极管7正极、P沟道场效应管4的源极(S)、电阻8连接，电阻8的另一端分别与P沟道场效应管4的栅极(G)、电阻14、P沟道场效应管6的栅极(G)、电阻9连接，电阻9的另一端分别与P沟道场效应管6的源极(S)、二极管10正极、端子22连接，电阻5的一端与P沟道场效应管4的漏极(D)连接，电阻5的另一端与P沟道场效应管6的漏极(D)连接，二极管7负极分别与电阻12、电容11连接，电阻12的另一端与光电耦合器13中的发光二极管正极连接，电容11的另一端接地，光电耦合器13中的发光二极管负极接地，光电耦合器13中的光敏三极管集电极与光电耦合器15中的光敏三极管发射极连接，光电耦合器13中的光敏三极管发射极与NPN晶体三极管18的集电极连接，NPN晶体三极管18的发射极接地，NPN晶体三极管18的基极分别与电阻19、电阻21连接，电阻21的另一端接地，电阻19的另一端与电容20连接并与输入端子2连接，电容20的另一端接地，光电耦合器15中的光敏三极管集电极与电阻14的另一端连接，二极管10负极分别与电阻16、电容17连接，电容17的另一端接地，电阻16的另一端与光电耦合器15中的发光二极管正极连接，光电耦合器15中的发光二极管负极接地，端子3和端子23接地。

本发明进一步的技术方案是：可以用PNP型晶体管替代P沟道场效应管4和P沟道场效应管6。这时，连接到P沟道场效应管栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的位置分别被PNP型晶体管基极(B)、集电极(C)和发射极(E)所一一对应替换。在PNP型晶体管内部没有集成续流二极管的，在替换使用时，每只PNP型晶体管集电极(C)和发射极(E)之间需要连接一只二极管，其正极连接PNP型晶体管集电极(C)，负极连接PNP型晶体管发射极(E)。

本发明再进一步的技术方案是：可以用N沟道场效应管替代P沟道场效应管4和P沟道场效应管6。这时，充电电源24与蓄电池25正常工作时的的极性均应反接，即充电电源24负极连接到端子1、充电电源24正极接地；蓄电池25负极连接到端子22，蓄电池25正极接地。

本发明更进一步的技术方案是：可以用NPN型晶体管替代N沟道场效应管，这时，连接到N沟道场效应管栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的位置分别被NPN型晶体管基极(B)、集电极(C)和发射极(E)所一一对应替换。在NPN型晶体管内部没有集成续流二极管的，在替换使用时，每只NPN型晶体管集电极(C)和发射极(E)之间需要连接一只二极管，其正极连接NPN型晶体管发射极(E)，负极连接NPN型晶体管集电极(C)。

本发明提供的采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路其工作原理如下：正常情况下，充电电源24正极连接到端子1，充电电源24负极接地，蓄电池25正极连接到端子22，蓄电池25负极接地。充电电源24正极电压加载于二极管7正极时，二极管7导通，电流通过二极管7、电阻12、光电耦合器13中发光二极管正极、光电耦合器13中发光二极管负极接地形成回路，光电耦合器13中发光二极管工作，光电耦合器13中光敏三极管导通。蓄电池25正极电压加载于二极管10正极时，二极管10导通，电流通过二极管10、电阻16、光电耦合器15中发光二极管正极、光电耦合器15中发光二极管负极接地形成回路，光电耦合器15中发光二极管工作，光电耦合器15中光敏三极管导通。因为P沟道场效应管4的栅极(G)和P沟道场效应管6的栅极(G)均通过电阻14、光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管、NPN晶体三极管18接地，所以当光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管、NPN晶体三极管18均处于导通状态时，P沟道场效应管4和P沟道场效应管6也会同时处于导通状态。这时，充电电源24正极通过P沟道场效应管4、电阻5和P沟道场效应管6与蓄电池25正极连通，充电电源24向蓄电池25正常充电。本发明电路可以工作在单纯保护状态，也可以工作在可编程状态：电路工作在单纯保护状态时，应该使输入端子2始终处于高电平；电路工作在可编程状态时，通过输入端子2输入编程信号如脉宽调制(PWM)信号。电阻5连接在P沟道场效应管4的漏极(D)和P沟道场效应管6的漏极(D)之间，其作用一是限流；二是当充电电源或蓄电池错误连接时建立反接保护的起始电压。

由于现代场效应管制造技术的进步，场效应管的导通电阻可以非常小(最低可达几毫欧)。因此，通过选择场效应管4和场效应管6，可以使得本发明的功率消耗很小，能够很好地在大电流状态下工作。电路中光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管、NPN晶体三极管18组成三输入端与门电路，当光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管同时导通时，通过输入端子2控制NPN晶体三极管18可以实现各项所需功能：①可编程充电功能：输入脉宽调制(PWM)等编程信号控制充电过程；②开关功能：输入高电平或低电平即可开通或关断充电电路；③保护功能：在电路过电流、过电压时可关断电路。

如果出现充电电源或蓄电池连接错误，电路可能出现三种连接状态：

1、充电电源反接：

充电电源24反接时，电源负极误连接到端子1、电源正极接地；蓄电池25正常连接，即蓄电池25正极连接到端子22，蓄电池25负极接地。这时，充电电源24负极电压加载于二极管7正极，在这种情况下二极管7不会导通，没有电流流过由电阻12、光电耦合器13中发光二极管正极、光电耦合器13中发光二极管负极接地形成的回路，光电耦合器13中发光二极管不工作，光电耦合器13中光敏三极管关断。由于P沟道场效应管4的栅极(G)和P沟道场效应管6的栅极(G)通过电阻14和由光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管、NPN晶体三极管18组成的三输入端与门接地，所以当光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管和NPN晶体三极管18中任一器件关断均会同时关断P沟道场效应管4和P沟道场效应管6，从而断开充电电源24负极与蓄电池25正极之间的电气连接，有效地保护了充电电源24与蓄电池25。

2、蓄电池反接：

蓄电池25反接时，蓄电池25负极误连接端子22、蓄电池25正极连接到地；充电电源24正常连接，即充电电源24正极连接到端子1，电源负极接地。这时，蓄电池25负极电压加载于二极管10正极，在这种情况下二极管10不会导通，没有电流流过由电阻16、光电耦合器15中发光二极管正极、光电耦合器15中发光二极管负极接地形成的回路，光电耦合器15中发光二极管不工作，光电耦合器15中光敏三极管关断。由于P沟道场效应管4的栅极(G)和P沟道场效应管6的栅极(G)通过电阻14和由光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管、晶体三极管18组成的三输入端与门接地，所以当光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管和晶体三极管18中任一器件关断均会同时关断P沟道场效应管4和P沟道场效应管6，从而断开了充电电源24正极与蓄电池25负极之间的电气连接，有效地保护了充电电源24与蓄电池25。

3、充电电源和蓄电池均反接：

由上述1、2两种电路连接状态的原理可以得出，当充电电源24和蓄电池25均反接时，光电耦合器13、光电耦合器15中发光二极管均不工作，光电耦合器13中光敏三极管、光电耦合器15中光敏三极管关断，同时关断了P沟道场效应管4和P沟道场效应管6，从而断开了充电电源24负极与蓄电池25负极之间的电气连接，有效地保护了充电电源24与蓄电池25。

由于本发明采用全对称电路设计，所以，在实际使用中端子1可以与端子22互换连接，端子3可以与端子23互换连接，极大地提高了电路的可靠性。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、本发明采用全对称电路设计，在实际使用中输入端子可以与输出端子互换使用，极大地提高了电路工作的可靠性。

2、本发明采用大功率MOS场效应管作为保护器件时，其导通电阻非常小(最低可达几毫欧)，使用时的功率损耗远低于采用其它元件如二极管或可控硅的电路，因此可以很好地在大电流状态下工作。

3、本发明在实现对充电电源和蓄电池双向反接保护的同时，还可对蓄电池进行可编程充电，其应用于电动汽车和其它电动车辆等各类大功率蓄电池供电系统，将大大提高系统的工作性能和可靠性。

4、本发明尤其适合于在太阳能风能供电系统中对蓄电池进行可编程充电和双向反接保护，提高了太阳能风能供电系统的工作性能和可靠性。

5、本发明还可广泛使用于各类直流供电系统，使其得到有效的保护，提高系统的可靠性，减少因使用不当造成的意外损失。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

附图1为本发明采用P沟道场效应管的电路示意图；

附图2为本发明采用PNP晶体管的电路示意图；

附图3为本发明采用N沟道场效应管的电路示意图；

附图4为本发明采用NPN晶体管的电路示意图。

具体实施方式

实施例一、如附图1所示：一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，是由端子1、输入端子2、端子3、P沟道场效应管4、电阻5、P沟道场效应管6、二极管7、电阻8、电阻9、二极管10、电容11、电阻12、光电耦合器13、电阻14、光电耦合器15、电阻16、电容17、NPN晶体三极管18、电阻19、电容20、电阻21、端子22、端子23组成。

端子1分别与二极管7正极、P沟道场效应管4的源极(S)、电阻8连接，电阻8的另一端分别与P沟道场效应管4的栅极(G)、电阻14、P沟道场效应管6的栅极(G)、电阻9连接，电阻9的另一端分别与P沟道场效应管6的源极(S)、二极管10正极、端子22连接，电阻5的一端与P沟道场效应管4的漏极(D)连接，电阻5的另一端与P沟道场效应管6的漏极(D)连接，二极管7负极分别与电阻12、电容11连接，电阻12的另一端与光电耦合器13中的发光二极管正极连接，电容11的另一端接地，光电耦合器13中的发光二极管负极接地，光电耦合器13中的光敏三极管集电极与光电耦合器15中的光敏三极管发射极连接，光电耦合器13中的光敏三极管发射极与NPN晶体三极管18的集电极连接，NPN晶体三极管18的发射极接地，NPN晶体三极管18的基极分别与电阻19、电阻21连接，电阻21的1另一端接地，电阻19的另一端与电容20连接并与输入端子2连接，电容20的另一端接地，光电耦合器15中的光敏三极管集电极与电阻14的另一端连接，二极管10负极分别与电阻16、电容17连接，电容17的另一端接地，电阻16的另一端与光电耦合器15中的发光二极管正极连接，光电耦合器15中的发光二极管负极接地，端子3和端子23接地。

实施例二、如附图2所示：一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，是由端子1、输入端子2、端子3、PNP晶体管4、电阻5、PNP晶体管6、二极管7、电阻8、电阻9、二极管10、电容11、电阻12、光电耦合器13、电阻14、光电耦合器15、电阻16、电容17、NPN晶体三极管18、电阻19、电容20、电阻21、端子22、端子23、二极管26、二极管27组成。

端子1分别与二极管7正极、PNP晶体管4的发射极(E)、电阻8、二极管26负极连接，电阻8的另一端分别与PNP晶体管4的基极(B)、电阻14、PNP晶体管6的基极(B)、电阻9连接，电阻9的另一端分别与PNP晶体管6的发射极(E)、二极管27负极、二极管10正极、端子22连接，电阻5的一端与PNP晶体管4的集电极(C)、二极管26正极连接，电阻5的另一端与PNP晶体管6的集电极(C)、二极管27正极连接，二极管7负极分别与电阻12、电容11连接，电阻12的另一端与光电耦合器13中的发光二极管正极连接，电容11的另一端接地，光电耦合器13中的发光二极管负极接地，光电耦合器13中的光敏三极管集电极与光电耦合器15中的光敏三极管发射极连接，光电耦合器13中的光敏三极管发射极与NPN晶体三极管18的集电极连接，NPN晶体三极管18的发射极接地，NPN晶体三极管18的基极分别与电阻19、电阻21连接，电阻21的1另一端接地，电阻19的另一端与电容20连接并与输入端子2连接，电容20的另一端接地，光电耦合器15中的光敏三极管集电极与电阻14的另一端连接，二极管10负极分别与电阻16、电容17连接，电容17的另一端接地，电阻16的另一端与光电耦合器15中的发光二极管正极连接，光电耦合器15中的发光二极管负极接地，端子3和端子23接地。

实施例三、如附图3所示：一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，是由端子1、输入端子2、端子3、N沟道场效应管4、电阻5、N沟道场效应管6、二极管7、电阻8、电阻9、二极管10、电容11、电阻12、光电耦合器13、电阻14、光电耦合器15、电阻16、电容17、PNP晶体三极管18、电阻19、电容20、电阻21、端子22、端子23组成。

端子1分别与二极管7负极、N沟道场效应管4的源极(S)、电阻8连接，电阻8的另一端分别与N沟道场效应管4的栅极(G)、电阻14、N沟道场效应管6的栅极(G)、电阻9连接，电阻9的另一端分别与N沟道场效应管6的源极(S)、二极管10负极、端子22连接，电阻5的一端与N沟道场效应管4的漏极(D)连接，电阻5的另一端与N沟道场效应管6的漏极(D)连接，二极管7正极分别与电阻12、电容11连接，电阻12的另一端与光电耦合器13中的发光二极管负极连接，电容11的另一端接地，光电耦合器13 中的发光二极管正极接地，光电耦合器13中的光敏三极管发射极与光电耦合器15中的光敏三极管集电极连接，光电耦合器13中的光敏三极管集电极与PNP晶体三极管18的集电极连接，PNP晶体三极管18的发射极接地，PNP晶体三极管18的基极分别与电阻19、电阻21连接，电阻21的1另一端接地，电阻19的另一端与电容20连接并与输入端子2连接，电容20的另一端接地，光电耦合器15中的光敏三极管发射极与电阻14的另一端连接，二极管10正极分别与电阻16、电容17连接，电容17的另一端接地，电阻16的另一端与光电耦合器15中的发光二极管负极连接，光电耦合器15中的发光二极管正极接地，端子3和端子23接地。

实施例四、如附图4所示：一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，是由端子1、输入端子2、端子3、NPN晶体管4、电阻5、NPN晶体管6、二极管7、电阻8、电阻9、二极管10、电容11、电阻12、光电耦合器13、电阻14、光电耦合器15、电阻16、电容17、PNP晶体三极管18、电阻19、电容20、电阻21、端子22、端子23、二极管26、二极管27组成。

端子1分别与二极管7负极、NPN晶体管4的发射极(E)、电阻8、二极管26正极连接，电阻8的另一端分别与NPN晶体管4的基极(B)、电阻14、NPN晶体管6的基极(B)、电阻9连接，电阻9的另一端分别与NPN晶体管6的发射极(E)、二极管10负极、二极管27正极、端子22连接，电阻5的一端与NPN晶体管4的集电极(C)、二极管26负极连接，电阻5的另一端与NPN晶体管6的集电极(C)、二极管27负极连接，二极管7正极分别与电阻12、电容11连接，电阻12的另一端与光电耦合器13中的发光二极管负极连接，电容11的另一端接地，光电耦合器13中的发光二极管正极接地，光电耦合器13中的光敏三极管发射极与光电耦合器15中的光敏三极管集电极连接，光电耦合器13中的光敏三极管集电极与PNP晶体三极管18的集电极连接，PNP晶体三极管18的发射极接地，PNP晶体三极管18的基极分别与电阻19、电阻21连接，电阻21的1另一端接地，电阻19的另一端与电容20连接并与输入端子2连接，电容20的另一端接地，光电耦合器15中的光敏三极管发射极与电阻14的另一端连接，二极管10正极分别与电阻16、电容17连接，电容17的另一端接地，电阻16的另一端与光电耦合器15中的发光二极管负极连接，光电耦合器15中的发光二极管正极接地，端子3和端子23接地。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作具体说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各式各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，其特征是：由第一端子(1)、输入端子(2)、第二端子(3)、第一P沟道场效应管(4)、第一电阻(5)、第二P沟道场效应管(6)、第一二极管(7)、第二电阻(8)、第三电阻(9)、第二二极管(10)、第一电容(11)、第四电阻(12)、第一光电耦合器(13)、第五电阻(14)、第二光电耦合器(15)、第六电阻(16)、第二电容(17)、NPN晶体三极管(18)、第七电阻(19)、第三电容(20)、第八电阻(21)、第三端子(22)、第四端子(23)组成；

第一端子(1)分别与第一二极管(7)正极、第一P沟道场效应管(4)的源极(S)、第二电阻(8)连接，第二电阻(8)的另一端分别与第一P沟道场效应管(4)的栅极(G)、第五电阻(14)、第二P沟道场效应管(6)的栅极(G)、第三电阻(9)连接，第三电阻(9)的另一端分别与第二P沟道场效应管(6)的源极(S)、第二二极管(10)正极、第三端子(22)连接，第一电阻(5)的一端与第一P沟道场效应管(4)的漏极(D)连接，第一电阻(5)的另一端与第二P沟道场效应管(6)的漏极(D)连接，第一二极管(7)负极分别与第四电阻(12)、第一电容(11)连接，第四电阻(12)的另一端与第一光电耦合器(13)中的发光二极管正极连接，第一电容(11)的另一端接地，第一光电耦合器(13)中的发光二极管负极接地，第一光电耦合器(13)中的光敏三极管集电极与第二光电耦合器(15)中的光敏三极管发射极连接，第一光电耦合器(13)中的光敏三极管发射极与NPN晶体三极管(18)的集电极连接，NPN晶体三极管(18)的发射极接地，NPN晶体三极管(18)的基极分别与第七电阻(19)、第八电阻(21)连接，第八电阻(21)的另一端接地，第七电阻(19)的另一端与第三电容(20)连接并与输入端子(2)连接，第三电容(20)的另一端接地，第二光电耦合器(15)中的光敏三极管集电极与第五电阻(14)的另一端连接，第二二极管(10)负极分别与第六电阻(16)、第二电容(17)连接，第二电容(17)的另一端接地，第六电阻(16)的另一端与第二光电耦合器(15)中的发光二极管正极连接，第二光电耦合器(15)中的发光二极管负极接地，第二端子(3)和第四端子(23)接地。

2.根据权利要求1所述的一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，其特征是：将所述第一P沟道场效应管(4)和所述第二P沟道场效应管(6)均替换为一PNP型晶体管，这时连接到P沟道场效应管栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的位置分别被PNP型晶体管基极(B)、集电极(C)和发射极(E)所一一对应替换，在PNP型晶体管内部没有集成续流二极管的，在替换使用时，每只PNP型晶体管集电极(C)和发射极(E)之间需要连接一只二极管，其正极连接PNP型晶体管集电极(C)，负极连接PNP型晶体管发射极(E)。

3.根据权利要求1所述的一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，其特征是：将所述第一P沟道场效应管(4)和所述第二P沟道场效应管(6)均替换为一N沟道场效应管，这时充电电源(24)与蓄电池(25)的正常工作极性均应反接，即充电电源(24)负极连接到第一端子(1)、充电电源(24)正极接地，蓄电池(25)负极连接到第三端子(22)，蓄电池(25)正极接地。

4.根据权利要求3所述的一种采用双向反接保护的蓄电池充电控制电路，其特征是：将所述N沟道场效应管均替换为一NPN型晶体管，这时连接到N沟道场效应管栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的位置分别被NPN型晶体管基极(B)、集电极(C)和发射极(E)所一一对应替换，在NPN型晶体管内部没有集成续流二极管的，在替换使用时，每只NPN型晶体管集电极(C)和发射极(E)之间需要连接一只二极管，其正极连接NPN型晶体管发射极(E)，负极连接NPN型晶体管集电极(C)。