CN103078354A - 备用电池保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种备用电池保护系统，其用于保护供电至负载的备用电池，其包含开关单元以及过放电保护模组，开关单元用以切换该备用电池对该负载的供电，当过放电保护模组在备用电池的电压低于第一预设电压时关闭开关单元，使备用电池停止放电，并在备用电池停止放电后的电压回升至高于第二预设电压时始再次开启开关单元。由此，本发明的备用电池保护系统由过放电保护模组以将第一分压与第二分压分别与基准电压比较，并根据第一比较信号与第二比较信号，以切换该开关单元，进而控制备用电池输出至负载的开启与关闭，有效解决电池反覆供电造成电池寿命降低及负载系统不稳定的问题。

Description

备用电池保护系统
  
技术领域
本发明关于一种电池保护系统，更特别的是关于一种根据备用电池的电压来控制该备用电池是否供电的备用电池保护系统。
背景技术
    传统电池在大电流且深度过放电时会造成电池不可逆的损坏，进而影响电池的使用寿命，为避免电池过放电的情况发生，通常在电池与负载单元之间，会设计一过放电保护装置。
    一般的过放电保护装置利用单颗电晶体做为电池供电的简易开关，该电晶体根据侦测的电池电压，而判断是否导通或关闭，以避免电池过度放电。虽然在侦测到电池的电压过低时会关闭电池以停止负载的电源供应，然而，当电池停止供电后通常会有电压的小幅提升，若提升后的电压又高于电晶体所设定的门槛值时，电晶体就又会被导通，造成电池的再次供电，但是因启动的电流输出通常会比较大，造成电池电压又立即下降而低于该门槛值，电晶体再次被关闭，电池再次停止供电。因此，虽然现有技术能避免电池的过度放电，但却同时增加电池反复切换的次数，以及系统(负载)的反覆开关机，如此，通常会对电池造成不良影响也会造成系统的不稳定。
发明内容
本发明的一目的在于保护备用电池，避免该备用电池因过放电而损坏。
本发明的另一目的在于减少备用电池的反覆切换以延长备用电池使用寿命。
为达上述目的及其他目的，本发明提供一种备用电池保护系统，其用于保护供电至负载的备用电池，其包含：开关单元以及过放电保护模组。开关单元连接于备用电池与负载之间，以切换备用电池对该负载的供电。过放电保护模组连接于备用电池与开关单元，该过放电保护模组至少设定有一第一预设电压及一第二预设电压，以基于备用电池的电压控制开关单元。过放电保护模组在备用电池的电压低于第一预设电压时关闭开关单元，使备用电池停止供电，并于备用电池停止放电后的电压回升至高于第二预设电压时开启开关单元，使该备用电池进行供电。
在一实施例中，该过放电保护模组包含：分压单元、比较单元以及控制单元。分压单元连接备用电池以将备用电池的电压分压为第一分压电压及第二分压电压。比较单元连接分压单元，以将第一分压电压及第二分压电压各别与基准电压作比较，并输出比较后所对应产生的第一比较信号及第二比较信号，其中，在该第一比较信号中，该第一分压电压是否低于该基准电压系代表备用电池的电压是否低于第一预设电压；在该第二比较信号中，该第二分压电压是否高于该基准电压系代表备用电池的电压是否高于第二预设电压。控制单元连接比较单元及开关单元，该控制单元依据该第一比较信号及该第二比较信号控制开关单元切换该备用电池对该负载的供电。
在一实施例中，该控制单元用以在第一比较信号代表备用电池的电压高于第一预设电压且第二比较信号代表备用电池的电压低于第二预设电压时维持开关单元的状态，以及，用以于第一比较信号代表备用电池的电压高于第一预设电压且第二比较信号代表备用电池的电压高于第二预设电压时开启开关单元。
在一实施例中，其中该负载可为可携式电子装置。
由此，本发明的备用电池保护系统由过放电保护模组以将第一分压与第二分压分别与基准电压比较，并根据第一比较信号与第二比较信号，以切换该开关单元，进而控制备用电池输出至负载的开启与关闭，有效解决电池反覆供电造成电池寿命降低及负载系统不稳定的问题。
附图说明
图1是本发明在一实施例中的备用电池保护系统示意图。
图中:
100,备用电池保护系统;
110,备用电池;
120,过放电保护模组;
122,分压单元;
124,比较单元;
126,控制单元;
130,开关单元;
140,负载;
CS,控制信号;
VIN,电压;
VLTH,第一分压电压;
VHTH,第二分压电压;
Vref,基准电压;
S1,第一比较信号;
S2,第二比较信号。
具体实施方式
为充分了解本发明的目的、特征及功效，由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明，说明如后：
请参考图1，为本发明在一实施例中的备用电池保护系统示意图，如图所示，备用电池保护系统100包含:过放电保护模组120以及开关单元130。电池保护系统100连接于备用电池110与负载140之间，以对备用电池110的供电提供一种备用电池110的保护机制，而在备用电池110的电压低在第一预设电压时关闭开关单元130，使备用电池110停止放电，并于备用电池110停止放电后的电压回升至高于第二预设电压时才会再次开启开关单元130。
开关单元130连接于备用电池110与该负载140之间，该开关单元130串接于备用电池110供应电力予负载140的路径上，用以开启(通路)或关闭(断路)对该负载140的供电。过放电保护模组120连接于备用电池110以及开关单元130间，由对备用电池110的电压状态的侦测来控制开关单元130的开启(通路)或关闭(断路)。
在一实施例中，过放电保护模组120可包含:分压单元122、比较单元124以及控制单元126。在一实施例中，比较单元124及控制单元126可整合为一IC晶片，而将各个逻辑元件、运算元件、电子元件等元件集成一电路。
比较单元124连接于分压单元122与控制单元126间。分压单元122连接备用电池110。备用电池110的电压VIN提供给分压单元122后，分压单元122将其分压为第一分压电压VLTH及第二分压电压VHTH，并传递给比较单元124。其中，第一分压电压可被设定为低临界电压(Low-Voltage threshold)，同时，第二分压电压可被设定为高临界电压(High-Voltage threshold)。
过放电保护模组120中可具有一基准电压Vref，举例来说，当前述的整合了比较单元124及控制单元126的IC晶片通电运作时，即可对应地产生预设的该基准电压Vref，由于基准电压Vref的设定方式对熟悉该项技术者来说可根据本发明的技术特征而轻易地了解及完成，在此不再赘述。
比较单元124系将第一分压电压VLTH与基准电压Vref比较，以产生第一比较信号S1。第二分压电压VHTH也与基准电压Vref比较以产生第二比较信号S2。由第一比较信号S1所代表的是备用电池110的电压VIN是否低于该第一预设电压，而第二比较信号S2所代表的是备用电池110的电压VIN是否高于第二预设电压。在实施例中，第二预设电压被设定高于第一预设电压。
本发明的实施例中，举例来说，比较单元124可由两运算放大器组成，未图示，其中，一运算放大器比较第一分压电压VLTH与基准电压Vref，并根据其比较结果输出第一比较信号S1；另一放大器则比较第二分压电压VHTH与基准电压Vref，并根据其比较结果输出第二比较信号S2。控制单元126可为R-S正反器，其根据所接收的第一比较信号S1与第二比较信号S2的结果送出一控制信号CS，以控制开关单元130；至于开关单元130则可为一电晶体，例如为三端元件，第一端连接备用电池110以接收其供应的电力、第二端连接负载140以传递备用电池110的电力予该负载140、三端元件的第三端控制端则为连接至控制单元126以接收该控制信号CS进而控制元件本身的开启(通路)或关闭(断路)。
实施例中的备用电池110可使用例如:一次电池或二次电池。其中，一次电池包含碳锌电池、硷性电池、水银电池等。二次电池包含锂电池、镍-镉电池、镍-氢电池以及铅蓄电池、以及燃料电池、太阳能电池等。
以实际例子来作为本发明实施例的进一步说明，备用电池110为三cell的锂电池，其电压为3.6伏特。过放电保护模组120中的基准电压Vref被设定为1.24伏特。第一预设电压预设为3.1伏特，第二预设电压预设为3.4伏特。
当备用电池110的电压VIN于3.6伏特的正常工作状态时，由于电压值VIN皆高于第一预设电压(3.1伏特)及第二预设电压(3.4伏特)，因此第一比较信号S1及第二比较信号S2使开关单元130开启备用电池110供电至负载140的路径。
当备用电池110的电压VIN逐渐开始降低而低至3.1伏特~3.4伏特之间时，由于仍未低于第一预设电压(3.1伏特)，因此就算第二比较信号S2已代表低于第二预设电压(3.4伏特)，本发明实施例的开关单元130仍会开启备用电池110供电至负载140的路径。
当备用电池110的电压VIN低于第一预设电压(3.1伏特)时，比较单元124输出的第一比较信号S1系代表备用电池110的电压VIN低于该第一预设电压(3.1伏特)。控制单元126的控制信号CS则使开关单元130关闭，使得备用电池110的电压VIN不再供电至负载140。
当控制单元126输出控制信号CS以控制开关单元130关闭，使得备用电池110的电压VIN不再提供电压至负载140，备用电池110的电压VIN会慢慢回升。当电压VIN回升到高于第一预设电压(3.1伏特)且仍低于第二预设电压(3.4伏特)时，第一分压电压VLTH高于基准电压Vref(1.24伏特)，且第二分压电压VHTH低于基准电压Vref。第一比较信号S1及第二比较信号S2会使控制单元126维持该开关单元130目前的状态。
控制单元126持续维持关闭该开关单元130，当备用电池110的电压VIN回升到高于第二预设电压时，第一分压VLTH(3.1伏特)高于基准电压Vref(1.24伏特)，且第二分压电压VHTH(3.4伏特)高于基准电压Vref。第一比较信号S1及第二比较信号S2会使控制单元126控制开关单元130重新开启，使得备用电池110继续提供电力至负载140。
前述的第一比较信号S1及第二比较信号S2的判断举例来说可用S-R闩锁器来完成各种逻辑组合的结果设定。
由于本实施例中的备用电池为3cell的锂电池(1.2伏特x 3= 3.6伏特)，当锂电池深度放电，且其电压低于3伏特时，可能造成备用电池110的损坏，为避免此现象，前述示例将第一预设电压设定于3.1伏特，以提供备用电池过放电的保护。其中，前述提及的第一预设电压(3.1伏特)与第二预设电压(3.4伏特)根据备用电池110的规格来设定的，使用者可根据实际需求来决定第一预设电压(3.1伏特)与第二预设电压(3.4伏特)的大小，至于其大小的设定则可由分压单元122来决定，举例来说：利用电阻来进行分压。即，当3.1伏特的电压经过分压单元122后所产生的第一分压电压VLTH必须等于基准电压Vref(1.24伏特)，当3.4伏特的电压经过分压单元122后所产生的第二分压电压VHTH也必须等于基准电压Vref(1.24伏特)。如此，分压单元122中的电阻即可被确定。
上述的效果为：当输入分压单元122为大于3.4伏特的电压时，产生的第一分压电压VLTH必定大于1.24伏特，产生的第二分压电压VHTH必定大于1.24伏特；当输入为小于3.4伏特的电压时，产生的第一分压电压VLTH必定大于1.24伏特，产生的第二分压电压VHTH则必定小于1.24伏特；当输入为小于3.1伏特的电压时，产生的第一分压电压VLTH必定小于1.24伏特，产生的第二分压电压VHTH则必定小于1.24伏特。因此，第一比较信号S1及第二比较信号S2即可被定义出来，进而控制该控制单元126。
由本发明的具有过电保护模组120的备用电池保护系统100，其可由侦测备用电池110的电压VIN，以判断其是否低于第一预设电压，或高于第二预设电压，而提供备用电池110一最佳的保护，而不会使备用电池过度放电，以延长其使用寿命。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种备用电池保护系统，其特征在于:其用于保护供电至负载的备用电池，包含：
一开关单元，其连接于该备用电池与该负载之间，以切换该备用电池对该负载的供电；及
一过放电保护模组，其连接于该备用电池与该开关单元，该过放电保护模组至少设定有一第一预设电压及一第二预设电压，以基于该备用电池的电压控制该开关单元，其中，该过放电保护模组在该备用电池的电压低于该第一预设电压时关闭该开关单元，使该备用电池停止供电；并在该备用电池停止放电后的电压回升至高于该第二预设电压时开启该开关单元，使该备用电池进行供电。
2.根据权利要求1所述的备用电池保护系统，其特征在于:其中该过放电保护模组包含：
一分压单元，其连接该备用电池以将该备用电池的电压分压为第一分压电压及第二分压电压；
一比较单元，其连接该分压单元，以将该第一分压电压及该第二分压电压各别与一基准电压作比较，并输出比较后所对应产生的第一比较信号及第二比较信号，其中，在该第一比较信号中，该第一分压电压是否低于该基准电压系代表该备用电池的电压是否低于该第一预设电压；在该第二比较信号中，该第二分压电压是否高于该基准电压系代表该备用电池的电压是否高于该第二预设电压；及
一控制单元，其连接该比较单元及该开关单元，该控制单元依据该第一比较信号及该第二比较信号控制开关单元切换该备用电池对该负载的供电。
3.根据权利要求2所述的备用电池保护系统，其特征在于:其中该控制单元用以在该第一比较信号代表该备用电池的电压低于该第一预设电压时关闭该开关单元，以及，用以在该第一比较信号代表该备用电池的电压高于该第一预设电压且该第二比较信号代表该备用电池的电压低于该第二预设电压时维持该开关单元的状态，以及，用以在该第一比较信号代表该备用电池的电压高于该第一预设电压且该第二比较信号代表该备用电池的电压高于该第二预设电压时开启该开关单元。
4.根据权利要求1所述的备用电池保护系统，其特征在于:其中该备用电池的工作电压系为3.6伏特，该第一预设电压为3.1伏特且该第二预设电压为3.4伏特。
5.根据权利要求3所述的备用电池保护系统，其特征在于:其中该基准电压为1.24伏特。
6.根据权利要求1所述的备用电池保护系统，其特征在于:其中该负载为可携式电子装置。
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