CN103199503B - 一种车载充电器的保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种车载充电器的保护电路，包括运放芯片U1、二极管D1、二极管D2、MOS管Q1、电容C1～C2、继电器RL1和若干电阻，在本发明所述的保护电路中，由运放芯片U1和电阻构成迟滞比较器，通过迟滞比较器和继电器实现防反充保护、短路保护，通过电阻和二极管来实现电池反接保护功能，从而在车载充电器上同时实现了短路保护、反接保护、防止电池反充三大功能，极大地提高了车载充电器的系统性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电路保护领域，更具体的涉及一种车载充电器的保护电路。
背景技术
电动汽车所用的车载动力电池充电器是开关电源又一新兴研究领域，一般车载动力电池的电压在200V以上，充满后达300V以上，如果在这种情况下充电器与电池接通时，电池会对充电器里的电容充电，瞬间产几十A甚至上百安的电流，容易损坏电容及采样电阻，因此这种大电流的反充对现有车载充电器的破坏巨大。另外对于车载动力电池充电器，如果在充电器的输出端发生短路时，相当于充电器的电容短路，也会瞬间产生大电流，同样这种大电流也会损坏充电器内的电容及采样电阻。还有如果将电池与充电器反接也会对充电器的电容、二极管等器件产生损坏。因此短路保护、反接保护、防止电池反充保护是车载动力电池充电器的研发设计中必须要考虑的因素，也是提高车载动力电池充电器应用前景必须解决的技术问题。现有技术中为避免充电器中大电流的破坏，存在用贴片的采样电阻采样的技术，但由于其功率较小不能承受瞬间的大电流，解决瞬间电流时往往并一个二极管，但二极导通压降一般0.2V以上，起不到较好的保护采样电阻的效果，而且无法实现短路保护的功能。现有技术中尚未存在对车载充电器同时实现短路保护、反接保护和防止电池反充保护三大功能的技术。
发明内容
本发明上述现有技术情况，提出一种用于车载充电器的保护电路，该保护电路能够在车载充电器中同时实现短路保护、反接保护、防止电池反充保护三大功能，极大地提高了车载充电器的系统性能和使用寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种车载充电器的保护电路，包括运放芯片U1、二极管D1、二极管D2、MOS管Q1、电容C1～C2、继电器RL1和若干电阻，所述电容C2并联在车载充电器的电源输出端OUT1+和OUT1-，所述运放芯片U1包括有8个引脚，所述继电器RL1包括4个引脚，其中引脚3和引脚4为被控制的常开触点，所述运放芯片U1的引脚8与电压源VCC相连，引脚4与电源输出端OUT1-相连接，引脚3与电阻R6连接，电阻R6与电压源VCC连接，引脚2与引脚1连接，引脚1通过电阻R8与引脚6连接，引脚6通过电阻R7与引脚7连接，所述电容C1的一端接引脚5，另一端接电源输出端OUT1-，引脚5接电阻R4和电阻R5，电阻R5的另一端接电源输出端OUT1-，电阻R4的另一端与电源输出端OUT1+连接，二极管D1的阴级与电源输出端OUT1+连接，阳级与电阻R1连接，电阻R1的另一端与保护电路的充电输出端OUT2+连接，继电器RL1的引脚3接电源输出端OUT1+，继电器RL1的引脚4与充电输出端OUT2+连接，继电器的引脚1接电压源VCC，二极管D2并联于继电器RL1的引脚1和引脚2，二极管D2的阴极连接继电器的引脚1，继电器的引脚2与MOS管Q1的漏极连接，MOS管Q1的源极与电源输出端OUT1-连接，MOS管Q1的栅极与运放芯片U1的引脚7连接，电源输出端OUT1-通过电阻R2与充电输出端OUT2-连接。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中所述运放芯片U1采用带有内置基准源的运放。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中所述运放芯片U1为型号是NCS1002-D的运放芯片。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中所述NCS1002-D运放芯片中集成有两个运放器，所述引脚1和引脚7分别作为两个运放器的输出端，所述引脚4经稳压二极管后与引脚3连接于第一运放器的同向端，所述引脚2连接于第一运放器的反向端，所述引脚5连接于第二运放器的同向端，所述引脚6连接于第二运放器的反向端，所述引脚8为整个运放芯片提供电压源。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中在所述继电器的引脚2端引出继电器工作状态的检测端。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中在所述电阻R4和R5之间引出VOL_DET检测端，所述VOL_DET检测端连接于单片机，所述单片机判断当VOL_DET检测端的输出电压低于一定值时，关掉功率输出，实现双重保护功能。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中所述各电阻采用康铜或锰铜电阻。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中所述车载充电器的电源输出端OUT1-接地。
进一步的根据本发明所述的保护电路，其中所述电阻R4由两个相互串联的电阻组成。
通过本发明所述的保护电路至少能够达到以下技术效果：
1、在车载充电器上同时实现了短路保护、反接保护、防止电池反充三种保护功能，极大地提高了车载充电器使用性能和寿命；
2、所述的保护电路结构简单、容易实现、成本低、适用范围广、可推广性强。
附图说明
附图1为本发明所述车载充电器保护电路的电路结构原理图；
附图2为本发明所述车载充电器保护电路中运放芯片的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员更清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明所述的保护电路结构如附图1所示，其中OUT1+和OUT1-为车载充电器的电源输出端，OUT2+和OUT2-为在车载充电器上设置本发明所述保护电路后充电的最终输出端，也就是连接电池组的电源电压端。具体的本发明所述保护电路包括电源、运放芯片U1、二极管D1、二极管D2、电阻R1～R8、MOS管Q1、电容C1、C2和继电器RL1。所述的运放芯片U1设有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8，图1中U1-A、U1-B、U1-C展开了运放芯片的各引脚分布，附图2具体示出运放芯片的内部电路原理图，本发明中的运放芯片U1优选采用型号NCS1002-D的运放芯片，其具体结构如附图2所示的，其中集成有两个运放器，引脚1和引脚7分别作为运放1和2输出端，接地引脚4经稳压二极管后与引脚3连接于运放1的同向端，引脚2连接于运放1的反向端，引脚5连接于运放2的同向端，引脚6连接于运放2的反向端，引脚8为整个运放芯片提供电压源。
本发明所述保护电路的具体连接关系是：电容C2并联在车载充电器的电源输出端OUT1+和OUT1-，所述运放芯片U1的引脚8与电压源VCC相连，引脚4与OUT1-相连接，引脚3与电阻R6连接，电阻R6与电压源VCC连接，引脚2与引脚1连接，引脚1通过电阻R8与引脚6连接，引脚6通过电阻R7与引脚7连接；电容C1的一端接引脚5，另一端接OUT1-，引脚5接电阻R4和电阻R5，电阻R5的另一端接OUT1-，电阻R4的另一端与电阻R3连接（R3和R4可合并为一个电阻），电阻R3另一端与OUT1+连接；二极管D1的阴级与OUT1+连接，阳级与电阻R1连接，电阻R1的另一端与保护电路充电输出端OUT2+连接，继电器RL1的3脚接OUT1+，继电器RL1的４脚与OUT2+连接，继电器的1脚接VCC，二极管D2并联于继电器RL1的引脚1和引脚2，二极管D2的阴极连接继电器引脚1，继电器的引脚2与MOS管Q1的漏极连接，MOS管的源极与OUT1-连接，MOS管Q1的栅极与运放芯片U1的引脚7连接，OUT1-通过电阻R2与OUT2-连接。优选的所述电源输出端OUT1-接地。
所述电压源VCC为运放芯片U1和继电器线圈供电，OUT1+和OUT1-为车载充电器的电源输出端，OUT2+和OUT2-为装有本发明所述保护电路的充电器的最终输出端，继电器的引脚3和引脚4为常开触点。优选的，在所述继电器的引脚2端引出RLY用于检测继电器的工作，在电阻R4和R5之间引出VOL_DET端，VOL_DET的输出传送至外设单片机，所述单片机判断当通过VOL_DET检测的输出电压低于一定值时，关掉功率输出，起到双重保护功能。各电阻优选采用康铜或锰铜采样电阻。运放优选采用带有内置基准源的运放。
本发明所述保护电路实现短路保护、反接保护、防止电池反充的具体工作原理如下：
防止电池反充：当OUT2+和OUT2-接入电池组时，继电器的引脚3和引脚4断开，不能通过电流，电流通过电阻R1和二极管D1为电容C2充电，电容C2两端的电压升高；运放芯片U1的引脚3通过电阻R6接到电源VCC，在引脚3产生如2.5V的电压，引脚1和引脚2连接后起跟随器作用，运放引脚1产生有较强驱动能力的2.5V，运放的引脚5、6、7和电阻R7、电阻R8实现迟滞比较器的作用，当电容C2的电压较小时，经电阻R2、电阻R3、电阻R4的分压也较低，引脚5的电压低于引脚6的电压，引脚7的输出电压为低电平，此时MOS管Q1的栅源极电压为低电平，MOS管Q1 关断，继电器的引脚3和引脚4保持关断，电池不会以很大的电流的给电容C2充电；当C2电压上升到一定程度，运放的引脚5的电压高于引脚6的电平，迟滞比较器翻转，运放的引脚7输出高电平，MOS管Q1的栅源极电压为高电平，MOS管打开，继电器RL1的引脚3和引脚4导通，充电器和电池连接实现无损耗的能量传输，从而有效的实现了电池防反冲功能。
反接保护：如果电池反接，即OUT2-接电池的正极，OUT2+接电池的负极，继电器RL1的引脚3和引脚4为常开，二极管D1反向截止，不能形成通路，对电路中的电解电容起到保护作用，实现“反接保护”。
短路保护：当充电器正常工作时，电容C2的电压较高，运放的引脚5的电压高于引脚6的电压，运放的引脚7输出高电平，MOS管Q1的栅源极电压为高电平，MOS管导通，电流由电源VCC、继电器的引脚1和引脚2、MOS管Q1形成环路，使继电器的引脚3和引脚4闭合，当输出端（OUT2-和OUT2+之间）出现短路时，电容C2的电压急剧下降，VOL_DET的电压下降，运放的引脚5的电压下降，当引脚5的电压低于引脚6的电压时，迟滞比较器翻转，引脚7输出低电平，MOS管Q1关断，继电器的引脚1和引脚2没有电流通过，继电器的引脚3和引脚4断开，从而切断了充电器的内部电路和电池的连接，二极管D1为反向连接，没有电流通过，从而实现了短路保护。
可见本发明所述的保护电路，通过迟滞比较器和继电器实现反充保护、短路保护，通过电阻和二极管来实现电池反接保护，从而在车载充电器上同时实现了短路保护、反接保护、防止电池反充，提高了车载充电器使用性能。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (8)
1.一种车载充电器的保护电路，其特征在于，包括运放芯片U1、二极管D1、二极管D2、MOS管Q1、电容C1～C2、继电器RL1和若干电阻，所述电容C2并联在车载充电器的电源输出端OUT1+和OUT1-，所述运放芯片U1包括有8个引脚，所述继电器RL1包括4个引脚，其中引脚3和引脚4为被控制的常开触点，所述运放芯片U1的引脚8与电压源VCC相连，引脚4与电源输出端OUT1-相连接，引脚3与电阻R6连接，电阻R6与电压源VCC连接，引脚2与引脚1连接，引脚1通过电阻R8与引脚6连接，引脚6通过电阻R7与引脚7连接，所述电容C1的一端接引脚5，另一端接电源输出端OUT1-，引脚5接电阻R4和电阻R5，电阻R5的另一端接电源输出端OUT1-，电阻R4的另一端与电源输出端OUT1+连接，二极管D1的阴级与电源输出端OUT1+连接，阳级与电阻R1连接，电阻R1的另一端与保护电路的充电输出端OUT2+连接，继电器RL1的引脚3接电源输出端OUT1+，继电器RL1的引脚4与充电输出端OUT2+连接，继电器的引脚1接电压源VCC，二极管D2并联于继电器RL1的引脚1和引脚2，二极管D2的阴极连接继电器的引脚1，继电器的引脚2与MOS管Q1的漏极连接，MOS管Q1的源极与电源输出端OUT1-连接，MOS管Q1的栅极与运放芯片U1的引脚7连接，电源输出端OUT1-通过电阻R2与充电输出端OUT2-连接。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述运放芯片U1采用带有内置基准源的运放。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，其中所述运放芯片U1为型号是NCS1002-D的运放芯片。
4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，其中所述NCS1002-D运放芯片中集成有两个运放器，所述NCS1002-D运放芯片的引脚1和所述NCS1002-D运放芯片的引脚7分别作为两个运放器的输出端，所述NCS1002-D运放芯片的引脚4经稳压二极管后与所述NCS1002-D运放芯片的引脚3连接于第一运放器的同向端，所述NCS1002-D运放芯片的引脚2连接于第一运放器的反向端，所述NCS1002-D运放芯片的引脚5连接于第二运放器的同向端，所述NCS1002-D运放芯片的引脚6连接于第二运放器的反向端，所述NCS1002-D运放芯片的引脚8为整个运放芯片提供电压源。
5.根据权利要求1-4任一项所述的保护电路，其特征在于，在所述继电器的引脚2端引出继电器工作状态的检测端。
6.根据权利要求1-4任一项所述的保护电路，其特征在于，在所述电阻R4和电阻R5之间引出VOL_DET检测端，所述VOL_DET检测端连接于单片机，所述单片机判断当VOL_DET检测端的输出电压低于一定值时，关掉功率输出，实现双重保护功能。
7.根据权利要求1-4任一项所述的保护电路，其特征在于，所述车载充电器的电源输出端OUT1-接地。
8.根据权利要求1-4任一项所述的保护电路，其特征在于，所述电阻R4由两个相互串联的电阻构成。
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