CN103840522A - 一种矿用电池电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用电池电源，包括电源管理板和电池组，所述电源管理板将本安电源的输出转换为所述的矿用电池电源的能量输入，所述电源管理板与所述电池组相连，所述电源管理板对所述电池组进行充放电管理，所述电源管理板与本安控制器输出信号控制所述电池组释放能量；所述电源管理板对矿用电池电源使用过程中各种状态进行显示。本发明具有性能可靠、抗干扰能力强的特点，采用此种方式对大电流防爆设备供电是一种较好的解决方案。

Description

一种矿用电池电源

技术领域

本发明涉及一种电源，具体涉及一种矿用电池电源。

背景技术

随着煤矿井下的电气设备种类日渐增多，一些执行部件类防爆设备需求的瞬间电流相当大，而本质安全型的电源在这种情况下根本无法实现最小点燃能量的限制，另则采用由交流电输入转换为大电流的电源存在电路复杂、外壳笨重等缺陷。鉴于此种技术难题，提出一种利用高效率的电池对外部的大电流设备供电，为此设计一种隔爆型的电池电源。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种矿用电池电源。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种矿用电池电源，包括电源管理板和电池组，所述电源管理板将本安电源的输出转换为所述的矿用电池电源的能量输入，所述电源管理板与所述电池组相连，所述电源管理板对所述电池组进行充放电管理，所述电源管理板与本安控制器输出信号控制所述电池组释放能量；所述电源管理板对矿用电池电源使用过程中各种状态进行显示。

进一步，所述电源管理板包括开关恒流充电电路、电池防过充保护电路、电池防反充保护电路、电池防过放保护电路和电池放电控制电路，所述开关恒流充电电路用于将本安电源直流输出变换为一个电流恒定的信号，满足给电池组充电需要的恒流源条件；所述电池防过充保护电路用于防止电池过度充满而引起的损坏；所述电池防反充保护电路能够避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电；所述电池防过放保护电路能够在电池电量过低的情况下及时切断电池的输出；所述电池放电控制电路接收前端本安控制器输出的控制信号，确保电池能量输出释放。

进一步，所述开关恒流充电电路包括第二自恢复保险FR2、第一二极管D1、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第一瞬态电压抑制管TV1、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十七电阻R17、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第一发光二极管L1、电感L2、第三开关稳压芯片U3、第一三端稳压器U1、第二电压转换芯片U2和第五集成运放U5；其中，本安电源的直流输出端与第二自恢复保险FR2的一端相连，第一二极管D1、第四二极管D4并联后的阳极端、第一瞬态电压抑制管TV1的一端与第二自恢复保险FR2的另一端相连，第一瞬态电压抑制管TV1的另一端连接到，第一二极管D1、第四二极管D4并联后的阴极端与第九电阻R9的一端、第六电容C6的正极、第一电容C1的一端、第一开关稳压芯片U3的输入端相连，第九电阻R9的另一端与第一发光二极管L1的阳极相连，第一发光二极管L1的阴极、第六电容C6的负极、第一电容C1的另一端连接到，第一三端稳压器U1的输出端与第二电容C2的一端、第十四电容C14的正极、第二电压转换芯片U2的电源输入端相连，第一三端稳压器U1的接地端、第二电容C2的另一端、第十四电容C14的负极连接到，第十四电容C14并联接于第二电压转换芯片U2的储能电容正极与储能电容负极之间，第四电容C4的负极与第二电压转换芯片U2的相连，第四电容C4的正极、第二电压转换芯片U2的接地端连接到GND,第一三端稳压器U1的输出端定义电气节点为+VDD，第二电压转换芯片U2的输出端定义电气节点为-VDD，第三开关稳压芯片U3的反馈端与第十九电阻R19的一端、第七二极管D7的阴极端相连，第三开关稳压芯片U3的输出端与电感L2的一端、第八二极管D8的阴极端相连，电感L2的另一端与第八电容C8的正极、第九电容C9的一端、第六电阻R6的一端、第十一电阻R11的一端相连，第三开关稳压芯片U3的3脚、第八二极管D8的阳极端、第八电容C8的负极、第九电容C9的另一端、第十九电阻R19的另一端连接到，第六电阻R6的另一端分别与第十电阻R10的一端、电池防过充保护电路相连，第十电阻R10的另一端分别与第五二极管D5的阳极端、第九二极管D9的阴极端、第七电阻R7的一端、第五集成运放U5的第一负向输入端相连，第十一电阻R11的另一端与第二十电阻R20的一端、第六二极管D6的阳极端、第十二极管D10的阴极端、第五集成运放U5的第一正向输入端相连，第二十电阻R20的另一端、第九二极管D9、第十二极管D10的阳极端连接到，第五二极管D5、第六二极管D6的阴极端接于电气节点+VDD，第七电阻R7的另一端与第五集成运放U5的第一输出端、第二正向输入端相连，第十七电阻R17的一端与第八电阻R8的一端、第五集成运放U5的6脚相连，第八电阻R8的另一端与第五集成运放U5的第二输出端、第七二极管D7的阳极端相连，第十七电阻R17的另一端连接到，第五集成运放U5的第一正向电压输入端、第七电容C7的一端接于电气节点+VDD，第五集成运放U5的第一负压输入端、第十电容C10的一端接于电气节点-VDD，第七电容C7的另一端、第十一电容C11的另一端连接到。

进一步，所述的电池防过充保护电路包括第一自恢复保险FR1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第二二极管D2、第三二极管D3、第三发光二极管L3、第一基准源T1、第四比较器U4和第一场效应管Q1；其中，第一自恢复保险FR1的一端与开关恒流充电电路的输出端相连，第一自恢复保险FR1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一场效应管Q1的源极相连，第二电阻R2的另一端与第一场效应管的栅极相连，第四电阻R4的一端分别与第十二电阻R12的一端、第一基准源T1的阴极、第四比较器U4的第一反向输入端、第四比较器U4的第二正向输入端相连，第十二电阻R12与第十三电阻R13并联，第十二电阻R12的另一端分别与第十五电阻R15、第一基准源T1的参考端相连，第四电阻R4的另一端、第四比较器U4的正向电压输入端、第五电容C5的一端接于电气节点+VDD，第十五电阻R15的一端、第一基准源T1的阳极连接到，第三电阻R3的一端与电池组连接，第三电阻R3的另一端与第五电阻R5的一端、第四比较器U4的第一正向输入端相连，第十六电阻R16并接于第四比较器U4的第一输出端、第一正向输入端之间，第四比较器U4的第一输出端与第一场效应管Q1的栅极相连，第五电阻R5的另一端、第五电容C5的另一端、第四比较器U4的接GND端/反向电压输入端、第二反向输入端连接到GND，第一场效应管Q1的漏极与二极管D2、第三二极管D3并联后的阳极端、第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与第三发光二极管L3的阳极端相连，第二二极管D2、第三二极管D3并联后的阴极端与电池组连接，第三发光二极管L3的阴极接GND，第二二极管D2的阴极分别与电池防反充保护电路、电池防过放保护电路连接。

进一步，所述电池防反充保护电路包括第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十五R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第一三极管S1、第六比较器U6、第十一电容C11和第十二电容C12；其中，第二十二电阻R22的一端定义电气节点为电池防反充保护电路3-B并与开关恒流源充电电路中的第三稳压芯片U3的输入端连接；第一三极管S1的集电极定义电气节点为电池防反充保护电路3-A并与开关恒流源充电电路中的第三稳压芯片U3的控制端连接；第二十二电阻R22的另一端与第一三极管S1的集电极相连，第二十七电阻R27并接于第一三极管S1的基极、发射极之间，第一三极管S1的发射极连接到GND，第一三极管S1的基极与第二十五电阻R25的一端相连，第二十五电阻R25的另一端与第十二二极管D12的阴极相连，第十二二极管D12的阳极分别与第二十四电阻R24的一端、第六比较器U6的第一输出端相连，第二十四电阻R24的另一端、第六比较器U6的正电压输入端、第十一电容C11的一端、第二十一电阻R21的一端、第十一二极管D11的阴极端接于电气节点+VDD，第六比较器U6的负电压输入端、第十二电容C12的一端、第二十九电阻R29的一端接于电气节点-VDD，第十二电容C12的另一端、第六比较器U6的第一正向输入端、第十一电容C11的另一端连接到，第二十一电阻R21的另一端与第二十三电阻R23的一端相连，第二十三电阻R23的另一端与第六比较器U6的第二反向输入端、第二十九电阻R29的另一脚相连，第十一二极管D11的阳极端与第二十六电阻R26的一端、第二十八电阻R28的一端、第十三二极管D13的阴极端、第六比较器U6的第二正向输入端相连，第十三二极管D13的阳极端、第二十八电阻R28的另一端并接到，第一三极管S1的基极与所述的电池放电控制电路相连，第二十六电阻R26的另一端分别与电池防过充保护电路和电池防过放保护电路相连。

进一步，所述电池防过放保护电路包括第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第四十一电阻R41、第十四稳压二极管D14、第二三极管S2、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第五发光二极管L5；其中，第十四稳压二极管D14的阴极端、第三十电阻R30的一端与第二场效应管Q2的源极相连，第十四稳压二极管D14的阳极端与第三十三电阻R33、第三十四电阻R34并联的一端相连，第三十三电阻R33的另一端与第二三极管S2的基极相连，第三十电阻R30的另一端分别与第二场效应管Q2的栅极、第二三极管S2的集电极相连，第三十四电阻R34的另一端、第二三极管S2的发射极连接到GND，第二场效应管Q2的漏极与第三十一电阻R31的一端、第三场效应管Q3的源极相连，第三十一电阻R31的另一端与第三场效应管Q3的栅极相连，第三场效应管Q3的漏极分别与第三十二电阻R32的一端、第四十一电阻R41的一端相连，第三十二电阻R32的另一端与第五发光二极管L5的阳极端相连，第五发光二极管L5的阴极端、第四十一电阻R41的另一端连接到GND，第二场效应管Q2的源极分别与所述的电池防反充保护电路、电池防过充保护电路相连，第三场效应管Q3的栅极与所述的电池放电控制电路相连，第三场效应管的漏极接大电流防爆设备。

进一步，所述电池放电控制电路包括第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第四十电阻R40、第十三电容C13、第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17、第十八二极管D18、第十九二极管D19、第二十极管D20、第二十一二极管D21、第四发光二极管L4、第二光耦T2、第三光耦T3、和第四光耦T4，其中，第三十五电阻R35、第三十六电阻R36并联后接本安控制器的控制信号，第三十电阻R35的另一端分别与第十三电容C13的一端、第二十一二极管D21的阴极端、第二光耦T2中的发光二极管的阳极相连，第三十六电阻R36的另一端、第十三电容C13的另一端、第二十一二极管D21的阳极端分别与第三光耦T3中发光二极管的阴极接，第三光耦T3中二极管阳极与第二光耦T2中二极管阴极连接，第三光耦T3中三极管的发射极与第四光耦T4中三极管的集电极相连，第十五二极管D15的阳极端接于所述的开关恒流充电电路中第四二极管的阳极，第十五二极管D15的阴极端分别与第四十电阻R40的一端、第十六二极管D16的阴极端相连，第十六二极管D16的阳极端与所述的电池防过放保护电路中第二场效应管Q2的源极相连，第四十电阻R40的另一端与第十七二极管D17的阳极端、第四发光二极管L4的阳极端相连，第十七二极管D17的阴极端、第十八二极管D18、第十九二极管D19、第二十二极管D20依次串联连接，第二十二极管D20的阴极端分别与第四发光二极管L4的阴极端、第四光耦T4中发光二极管的阳极相连，第四光耦T4中发光二极管的阴极接GND，第四光耦T4中三极管的发射极、第二光耦T2中三极管的发射极连接到GND，第二光耦T2中三极管的集电极与所述的电池防反充保护电路相连，第三光耦T3中三极管的集电极与所述的电池防过放保护电路相连。

为了更方便的进行连接，可以在本安电源的电源输出端与开关恒流充电电路之间设置插座；在电池防过充保护电路的输出端与电池组间设置插座，在电池防过放保护电路与大电流设备间设置插座；在本安电源信号输出端与电池放电控制电路间设置插座。

本发明的有益技术效果在于：具有性能可靠、抗干扰能力强的特点，采用此种方式对大电流防爆设备供电是一种较好的解决方案，具有良好的市场推广价值。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明所述的矿用电池电源系统框图；

图2是本发明所述的电源管理板结构图；

图3是本发明所述的开关恒流充电电路原理图；

图4是本发明所述的电池防过充保护电路原理图；

图5是本发明所述的电池防反充保护电路原理图；

图6是本发明所述的电池防过放保护电路原理图；

图7是本发明所述的电池放电控制电路原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种矿用电池电源，包括电源管理板和电池组，所述电源管理板将本安电源的输出转换为所述的矿用电池电源的能量输入，所述电源管理板与所述电池组相连，所述电源管理板对所述电池组进行充放电管理，所述电源管理板与本安控制器输出信号控制所述电池组释放能量；所述电源管理板对矿用电池电源使用过程中各种状态进行显示。

如图2所示，所述电源管理板包括开关恒流充电电路、电池防过充保护电路、电池防反充保护电路、电池防过放保护电路和电池放电控制电路；

所述电源管理板包括开关恒流充电电路、电池防过充保护电路、电池防反充保护电路、电池防过放保护电路和电池放电控制电路，所述开关恒流充电电路用于将本安电源直流输出变换为一个电流恒定的信号，满足给电池组充电需要的恒流源条件；所述电池防过充保护电路用于防止电池过度充满而引起的损坏；所述电池防反充保护电路能够避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电；所述电池防过放保护电路能够在电池电量过低的情况下及时切断电池的输出；所述电池放电控制电路接收前端本安控制器输出的控制信号，确保电池能量输出释放。

所述开关恒流充电电路的第一输入端与本安电源的电流输出端连接，开关恒流充电电路的输出端与电池防过充保护电路的第一输入端连接，开关恒流充电电路的第二输入端与电池防反充保护电路的第一输出端连接；所述电池防过充保护电路的第一输出端与电池组连接，第二输出端与电池防反充保护电路的第一输入端连接，电池防过充保护电路的第三输出端与电池防过放保护电路的第三输入端连接；所述电池防过放保护电路的第二输出端与大电流防爆设备连接，电池防过放保护电路的第一输入端与电池放电控制电路的第一输出端连接，电池放电控制电路的第二输出端与电池防反充保护电路的第二输入端连接，本安控制器的控制信号端与电池放电控制电路的第一输入端连接，所述电池防反充保护电路的第二输出端与电池防过放保护电路的第二输入端连接。

本发明具有性能可靠、抗干扰能力强的特点，采用此种方式对大电流防爆设备供电是一种较好的解决方案，具有良好的市场推广价值。

如图3所示，所述的开关恒流充电电路1由所述的电源管理上的插座J1、J2、自恢复保险FR2、二极管D1、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、瞬态电压抑制管TV1、电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R17、R19、R20、电容C1、C2、C3、C4、C6、C7、C8、C9、C10、发光二极管L1、电感L2、开关稳压芯片U3、三端稳压器U1、电压转换芯片U2、集成运放U5等构成，其中，所述的电源管理板上的插座J1用导线通过所述的矿用电池电源内部的接线端子与本安电源的输出相连，插座J1的1脚与插座J2的1脚相连，插座J1的2脚连接到GND，插座J2与所述的矿用电池电源内部的防爆开关线对相连，插座J2的2脚与自恢复保险FR2的一端相连，二极管D1、D4并联后的阳极端、瞬态电压抑制管TV1的一端与自恢复保险FR2的另一端相连，瞬态电压抑制管TV1的另一端连接到GND，二极管D1、D4并联后的阴极端与电阻R9的一端、电容C6的正极、电容C1的一端、开关稳压芯片U3的1脚相连，电阻R9的另一端与发光二极管L1的阳极相连，发光二极管L1的阴极、电容C6的负极、电容C1的另一端连接到GND，三端稳压器U1的3脚与电容C2的一端、电容C14的正极、电压转换芯片U2的8脚相连，三端稳压器U1的2脚、电容C2的另一端、电容C14的负极连接到GND，电容C14并联接于电压转换芯片U2的2脚、4脚之间，电容C4的负极与电压转换芯片U2的5脚相连，电容C4的正极、电压转换芯片U2的3脚连接到GND,三端稳压器U1的3脚定义电气节点为+VDD，电压转换芯片U2的5脚定义电气节点为-VDD，开关稳压芯片U3的4脚与电阻R19的一端、二极管D7的阴极端相连，开关稳压芯片U3的2脚与电感L2的一端、二极管D8的阴极端相连，电感L2的另一端与电容C8的正极、电容C9的一端、电阻R6的一端、电阻R11的一端相连，开关稳压芯片U3的3脚、二极管D8的阳极端、电容C8的负极、电容C9的另一端、电阻R19的另一端连接到GND，电阻R6的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与二极管D5的阳极端、二极管D9的阴极端、电阻R7的一端、集成运放U5的2脚相连，电阻R11的另一端与电阻R20的一端、二极管D6的阳极端、二极管D10的阴极端、集成运放U5的3脚相连，电阻R20的另一端、二极管D9、D10的阳极端连接到GND，二极管D5、D6的阴极端接于电气节点+VDD，电阻R7的另一端与集成运放U5的1脚、5脚相连，电阻R17的一端与电阻R8的一端、集成运放U5的6脚相连，电阻R8的另一端与集成运放U5的7脚、二极管D7的阳极端相连，电阻R17的另一端连接到GND，集成运放U5的8脚、电容C7的一端接于电气节点+VDD，集成运放U5的4脚、电容C10的一端接于电气节点-VDD，电容C7的另一端、电容C11的另一端连接到GND，开关稳压芯片U3的5脚、1脚分别与所述的电池防反充保护电路3的A节点、B节点相连，电阻R6的另一端与所述的电池防过充保护电路2相连。

其工作过程如下：

开关恒流充电电路经插座J1、J2、自恢复保险FR2、二极管D1、D4将本安电源的直流输出输入到开关稳压芯片U3的1脚，集成运放U5是一个高增益的双运放，电阻R6作为检测电流大小的元件，电阻R7、R10、R11、R20、集成运放U5A构成差分运放放大电路，电阻R8、R17、集成运放U5B构成反向放大器电路，由集成运放U5形成的恒流环控制电路经二极管D7输入到开关稳压芯片U3的4脚（反馈端），开关稳压芯片U3的2脚（输出端）将前端的直流信号作比较，这样输出的电流大小始终是在控制增益下的电流数值，开关稳压芯片U3的2脚（输出端）经电感L2、电阻R6到后端的电池组是一个恒定的电流源。

传统的电池组恒流充电电路以线性恒流充电方式居多，这样的方式在电路回路中能量损失较多，而且在需要大电流的情况下，线性调整器件损耗大，采用开关恒流充电的技术主要特点在于转换效率高、功率损耗小，而且电路的稳定性较好。

参见图4，所述的电池防过充保护电路2由自恢复保险FR1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R12、R13、R15、R16、二极管D2、D3、发光二极管L3、基准源T1、比较器U4、场效应管Q1、插座J2构成，其中，所述的电源管理板上的插座J3与所述的镍氢电池组相连，自恢复保险FR1的一端与开关恒流充电电路1相连，自恢复保险FR1的另一端与电阻R2的一端、场效应管Q1的源极相连，电阻R2的另一端与场效应管的栅极相连，电阻R4的一端与电阻R12、R13并联后的一端、基准源T1的1脚、比较器U4的2脚、5脚相连，电阻R12、R13并联后的另一端与电阻R15、基准源T1的2脚相连，电阻R4的另一端、比较器U4的8脚、电容C5的一端接于电气节点+VDD，电阻R15的一端、基准源T1的3脚连接到GND，电阻R3的一端与插座J3的1脚、4脚相连，电阻R3的另一端与电阻R5的一端、比较器U4的3脚相连，电阻R16并接于比较器U4的1脚、3脚之间，比较器U4的1脚与场效应管Q1的栅极相连，电阻R5的另一端、电容C5的另一端、比较器U4的4脚、6脚连接到GND，场效应管Q1的漏极与二极管D2、D3并联后的阳极端、电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与发光二极管L3的阳极端相连，二极管D2、D3并联后的阴极端与插座J3的1脚、4脚相连，插座的2脚、5脚相互连接，发光二极管L3的阴极端、插座J3的3脚、6脚相连，插座的1脚、4脚与所述的电池防反充保护电路3、电池防过放保护电路4相连。

参见图5，所述的电池防反充保护电路3由电阻R21、R22、R23、R25、R26、R27、R28、R29、二极管D11、D12、D13、三极管S1、比较器U6、电容C11、C12构成，其中，电阻R22的一端定义电气节点为电池防反充保护电路3-B，三极管S1的集电极定义电气节点为电池防反充保护电路3-A，电阻R22的另一端与三极管S1的集电极相连，电阻R27并接于三极管S1的基极、发射极之间，三极管S1的发射极连接到GND，三极管S1的基极与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端与二极管D12的阴极端相连，二极管D12的阳极端与电阻R24的一端、比较器U6的1脚相连，电阻R24的另一端、比较器U6的8脚、电容C11的一端、电阻R21的一端、二极管D11的阴极端接于电气节点+VDD，比较器U6的4脚、电容C12的一端、电阻R29的一端接于电气节点-VDD，电容C12的另一端、比较器U6的5脚、电容C11的另一端连接到GND，电阻R21的另一端与电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与比较器U6的2脚、电阻R29的另一脚相连，二极管D11的阳极端与电阻R26的一端、电阻R28的一端、二极管D13的阴极端、比较器U6的3脚相连，二极管D13的阳极端、电阻R28的另一端并接到GND，三极管S1的基极与所述的电池放电控制电路5相连，电阻R26的另一端与所述的电池防过充保护电路2、电池防过放保护电路4相连。

工作过程：电池以正确的方式经电阻R26输入到比较器U6的3脚（同相端），电阻R21一端接于电气节点+VDD后与电阻R23串联，电阻R29的一端接于电气节点-VDD后与电阻R23串联，这样形成的分压值输入到比较器U6的3脚（反相端）。在这样的状态下，比较器U6的1脚将会输出高电平，此电平经二极管D12、电阻R23输入到三极管S1的基极，此时三极管S1将打开，电阻R22也会连接到GND,于是开关恒流充电电路1中的开关稳压芯片U5的1脚（使能端）被使能，电池将处于正常充电的状态。

电池以反向的方式经电阻R26输入到比较器U6的3脚（同相端），电阻R21一端接于电气节点+VDD后与电阻R23串联，电阻R29的一端接于电气节点-VDD后与电阻R23串联，这样形成的分压值输入到比较器U6的3脚（反相端）。在这样的状态下，比较器U6的3脚（同相端）电压是0V或者低于0V的负值电压，再与比较器U6的3脚（同相端）设定的门限值比较后，比较器U6的1脚将会输出低电平，此电平经二极管D12、电阻R23输入到三极管S1的基极，此时三极管S1将关闭，电阻R22也会连接到前端的正电压,于是开关恒流充电电路1中的开关稳压芯片U5的1脚（使能端）使能被关闭，电池将处于关闭充电的状态，这样能有效防止电池的损坏。

此种电池防反充保护技术的主要特点是响应速度快、适用范围较广（即使电池呈现的是负几伏的电压），有效保护电池接反充电不被损坏。

参见图6，所述的电池防过放电路4由电阻R30、R31、R32、R33、R34、R41、稳压二极管D14、三极管S2、场效应管Q2、Q3、发光二极管L5、插座J4、J5构成，其中，所述的电源管理板的插座J4、J5与外部的大电流防爆设备相连，稳压二极管D14的阴极端、电阻R30的一端与场效应管Q2的源极相连，稳压二极管D14的阳极端与电阻R33、R34并联的一端相连，电阻R33的另一端与三极管S2的基极相连，电阻R30的另一端与场效应管Q2的栅极、三极管S2的集电极相连，电阻R34的另一端、三极管S2的发射极连接到GND，场效应管Q2的漏极与电阻R31的一端、场效应管Q3的源极相连，电阻R31的另一端与场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的漏极与电阻R32的一端、电阻R41的一端、插座J4、J5的1脚、4脚相连，电阻R32的另一端与发光二极管L5的阳极端相连，发光二极管L5的阴极端、电阻R41的另一端、插座J4、J5的3脚、6脚连接到GND，插座J4、J5的2脚、5脚相互之间各自互连，场效应管Q2的源极与所述的电池防反充保护电路3、电池防过充保护电路2相连，场效应管Q3的栅极与所述的电池放电控制电路5相连。

参见图7，所述的电池放电控制电路5由电阻R35、R36、R40、电容C13、二极管D15、D16、D17、D18、D19、D20、D21、发光二极管L4、光耦T2、T3、T4、插座J6、J7构成，其中，所述的电源管理板上的插座J6与外部的本安控制器控制信号输出端相连，所述的电源管理板上的插座J7与所述的矿用电池电源内部的防爆开关线对相连，电阻R35、电阻R36并联后一段与插座J6的1脚相连，电阻R35的另一端与电容C13的一端、二极管D21的阴极端、光耦T2的1脚相连，电阻R36的另一端、电容C13的另一端、二极管D21的阳极端、光耦T2、T3的2脚与插座J6的2脚相连至GNDX，光耦T3的4脚与光耦T4的5脚相连，二极管D15的阳极端接于所述的开关恒流充电电路1的电气节点VDD_IN，二极管D15的阴极端与电阻R40的一端、二极管D16的阴极端相连，二极管D16的阳极端与所述的电池防过放保护电路4的电气节点VDD_BAT相连，电阻R40的另一端与二极管D17的阳极端、发光二极管L4的阳极端相连，二极管D17的阴极端、二极管D18、D19、D20依次串联连接，二极管D20的阴极端与发光二极管L4的阴极端、光耦T4的1脚相连，光耦T4的2脚与插座J7的1脚相连，插座J7的2脚、光耦T4的4脚、光耦T2的4脚连接到GND，光耦T2的5脚与所述的电池防反充保护电路3相连，光耦T3的5脚与所述的电池防过放保护电路4相连。

所述的电池放电控制电路还可以用于防爆检测，其工作过程如下：

防爆开关是隔爆型电气设备在矿井下使用较多的一种元件，防爆开关检测技术的具体实现电路位于电池放电控制电路5中。其中插座J7所接的是防爆开关线对，防爆开关一般是旋钮式，分为全通和全断两个状态，二极管D15的阳极端接于开关恒流充电电路1中的电气节点VDD_IN，实际上就是前端的本安电源直流输出端，二极管D16接于电池防过放保护电路4中的电气节点VDD_BAT，实际上就是电池组端的电压。二极管D15、D16的公共端阴极与电阻R40连接，电阻R40与发光二极管L4经光耦T4的1脚、2脚、插座J7连接到GND，若防爆开关的线对无断开等故障，通过发光二极管L4的点亮状态就可以判断防爆开关完好；反之，发光发光二极管L4熄灭则表示防爆开关存在问题。

采用此种防爆开关检测技术能快速、简便地判断防爆开关的线对是否完好。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种矿用电池电源，其特征在于：包括电源管理板和电池组，所述电源管理板将本安电源的输出转换为所述的矿用电池电源的能量输入，所述电源管理板与所述电池组相连，所述电源管理板对所述电池组进行充放电管理，所述电源管理板与本安控制器输出信号控制所述电池组释放能量；所述电源管理板对矿用电池电源使用过程中各种状态进行显示。

2.根据权利要求1所述的矿用电池电源，其特征在于：所述电源管理板包括开关恒流充电电路、电池防过充保护电路、电池防反充保护电路、电池防过放保护电路和电池放电控制电路，所述开关恒流充电电路用于将本安电源直流输出变换为一个电流恒定的信号，满足给电池组充电需要的恒流源条件；所述电池防过充保护电路用于防止电池过度充满而引起的损坏；所述电池防反充保护电路能够避免电池电极在接反的情况下对蓄电池组进行充电；所述电池防过放保护电路能够在电池电量过低的情况下及时切断电池的输出；所述电池放电控制电路接收前端本安控制器输出的控制信号，确保电池能量输出释放。

3.根据权利要求2所述的矿用电池电源，其特征在于：所述开关恒流充电电路包括第二自恢复保险FR2、第一二极管D1、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第一瞬态电压抑制管TV1、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十七电阻R17、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第一发光二极管L1、电感L2、第三开关稳压芯片U3、第一三端稳压器U1、第二电压转换芯片U2和第五集成运放U5；其中，本安电源的直流输出端与第二自恢复保险FR2的一端相连，第一二极管D1、第四二极管D4并联后的阳极端、第一瞬态电压抑制管TV1的一端与第二自恢复保险FR2的另一端相连，第一瞬态电压抑制管TV1的另一端连接到，第一二极管D1、第四二极管D4并联后的阴极端与第九电阻R9的一端、第六电容C6的正极、第一电容C1的一端、第一开关稳压芯片U3的输入端相连，第九电阻R9的另一端与第一发光二极管L1的阳极相连，第一发光二极管L1的阴极、第六电容C6的负极、第一电容C1的另一端连接到，第一三端稳压器U1的输出端与第二电容C2的一端、第十四电容C14的正极、第二电压转换芯片U2的电源输入端相连，第一三端稳压器U1的接地端、第二电容C2的另一端、第十四电容C14的负极连接到，第十四电容C14并联接于第二电压转换芯片U2的储能电容正极与储能电容负极之间，第四电容C4的负极与第二电压转换芯片U2的相连，第四电容C4的正极、第二电压转换芯片U2的接地端连接到GND,第一三端稳压器U1的输出端定义电气节点为+VDD，第二电压转换芯片U2的输出端定义电气节点为-VDD，第三开关稳压芯片U3的反馈端与第十九电阻R19的一端、第七二极管D7的阴极端相连，第三开关稳压芯片U3的输出端与电感L2的一端、第八二极管D8的阴极端相连，电感L2的另一端与第八电容C8的正极、第九电容C9的一端、第六电阻R6的一端、第十一电阻R11的一端相连，第三开关稳压芯片U3的3脚、第八二极管D8的阳极端、第八电容C8的负极、第九电容C9的另一端、第十九电阻R19的另一端连接到，第六电阻R6的另一端分别与第十电阻R10的一端、电池防过充保护电路相连，第十电阻R10的另一端分别与第五二极管D5的阳极端、第九二极管D9的阴极端、第七电阻R7的一端、第五集成运放U5的第一负向输入端相连，第十一电阻R11的另一端与第二十电阻R20的一端、第六二极管D6的阳极端、第十二极管D10的阴极端、第五集成运放U5的第一正向输入端相连，第二十电阻R20的另一端、第九二极管D9、第十二极管D10的阳极端连接到，第五二极管D5、第六二极管D6的阴极端接于电气节点+VDD，第七电阻R7的另一端与第五集成运放U5的第一输出端、第二正向输入端相连，第十七电阻R17的一端与第八电阻R8的一端、第五集成运放U5的6脚相连，第八电阻R8的另一端与第五集成运放U5的第二输出端、第七二极管D7的阳极端相连，第十七电阻R17的另一端连接到，第五集成运放U5的第一正向电压输入端、第七电容C7的一端接于电气节点+VDD，第五集成运放U5的第一负压输入端、第十电容C10的一端接于电气节点-VDD，第七电容C7的另一端、第十一电容C11的另一端连接到。

4.根据权利要求2所述的矿用电池电源，其特征在于：所述的电池防过充保护电路包括第一自恢复保险FR1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第二二极管D2、第三二极管D3、第三发光二极管L3、第一基准源T1、第四比较器U4和第一场效应管Q1；其中，第一自恢复保险FR1的一端与开关恒流充电电路的输出端相连，第一自恢复保险FR1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一场效应管Q1的源极相连，第二电阻R2的另一端与第一场效应管的栅极相连，第四电阻R4的一端分别与第十二电阻R12的一端、第一基准源T1的阴极、第四比较器U4的第一反向输入端、第四比较器U4的第二正向输入端相连，第十二电阻R12与第十三电阻R13并联，第十二电阻R12的另一端分别与第十五电阻R15、第一基准源T1的参考端相连，第四电阻R4的另一端、第四比较器U4的正向电压输入端、第五电容C5的一端接于电气节点+VDD，第十五电阻R15的一端、第一基准源T1的阳极连接到，第三电阻R3的一端与电池组连接，第三电阻R3的另一端与第五电阻R5的一端、第四比较器U4的第一正向输入端相连，第十六电阻R16并接于第四比较器U4的第一输出端、第一正向输入端之间，第四比较器U4的第一输出端与第一场效应管Q1的栅极相连，第五电阻R5的另一端、第五电容C5的另一端、第四比较器U4的接GND端/反向电压输入端、第二反向输入端连接到GND，第一场效应管Q1的漏极与二极管D2、第三二极管D3并联后的阳极端、第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与第三发光二极管L3的阳极端相连，第二二极管D2、第三二极管D3并联后的阴极端与电池组连接，第三发光二极管L3的阴极接GND，第二二极管D2的阴极分别与电池防反充保护电路、电池防过放保护电路连接。

5.根据权利要求2所述的矿用电池电源，其特征在于：所述电池防反充保护电路包括第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十五R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第十一二极管D11、第十二二极管D12、第十三二极管D13、第一三极管S1、第六比较器U6、第十一电容C11和第十二电容C12；其中，第二十二电阻R22的一端定义电气节点为电池防反充保护电路3-B并与开关恒流源充电电路中的第三稳压芯片U3的输入端连接；第一三极管S1的集电极定义电气节点为电池防反充保护电路3-A并与开关恒流源充电电路中的第三稳压芯片U3的控制端连接；第二十二电阻R22的另一端与第一三极管S1的集电极相连，第二十七电阻R27并接于第一三极管S1的基极、发射极之间，第一三极管S1的发射极连接到GND，第一三极管S1的基极与第二十五电阻R25的一端相连，第二十五电阻R25的另一端与第十二二极管D12的阴极相连，第十二二极管D12的阳极分别与第二十四电阻R24的一端、第六比较器U6的第一输出端相连，第二十四电阻R24的另一端、第六比较器U6的正电压输入端、第十一电容C11的一端、第二十一电阻R21的一端、第十一二极管D11的阴极端接于电气节点+VDD，第六比较器U6的负电压输入端、第十二电容C12的一端、第二十九电阻R29的一端接于电气节点-VDD，第十二电容C12的另一端、第六比较器U6的第一正向输入端、第十一电容C11的另一端连接到，第二十一电阻R21的另一端与第二十三电阻R23的一端相连，第二十三电阻R23的另一端与第六比较器U6的第二反向输入端、第二十九电阻R29的另一脚相连，第十一二极管D11的阳极端与第二十六电阻R26的一端、第二十八电阻R28的一端、第十三二极管D13的阴极端、第六比较器U6的第二正向输入端相连，第十三二极管D13的阳极端、第二十八电阻R28的另一端并接到，第一三极管S1的基极与所述的电池放电控制电路相连，第二十六电阻R26的另一端分别与电池防过充保护电路和电池防过放保护电路相连。

6.根据权利要求2所述的矿用电池电源，其特征在于：所述电池防过放保护电路包括第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第四十一电阻R41、第十四稳压二极管D14、第二三极管S2、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第五发光二极管L5；其中，第十四稳压二极管D14的阴极端、第三十电阻R30的一端与第二场效应管Q2的源极相连，第十四稳压二极管D14的阳极端与第三十三电阻R33、第三十四电阻R34并联的一端相连，第三十三电阻R33的另一端与第二三极管S2的基极相连，第三十电阻R30的另一端分别与第二场效应管Q2的栅极、第二三极管S2的集电极相连，第三十四电阻R34的另一端、第二三极管S2的发射极连接到GND，第二场效应管Q2的漏极与第三十一电阻R31的一端、第三场效应管Q3的源极相连，第三十一电阻R31的另一端与第三场效应管Q3的栅极相连，第三场效应管Q3的漏极分别与第三十二电阻R32的一端、第四十一电阻R41的一端相连，第三十二电阻R32的另一端与第五发光二极管L5的阳极端相连，第五发光二极管L5的阴极端、第四十一电阻R41的另一端连接到GND，第二场效应管Q2的源极分别与所述的电池防反充保护电路、电池防过充保护电路相连，第三场效应管Q3的栅极与所述的电池放电控制电路相连，第三场效应管的漏极接大电流防爆设备。

7.根据权利要求2所述的矿用电池电源，其特征在于：所述电池放电控制电路包括第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第四十电阻R40、第十三电容C13、第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17、第十八二极管D18、第十九二极管D19、第二十极管D20、第二十一二极管D21、第四发光二极管L4、第二光耦T2、第三光耦T3、和第四光耦T4，其中，第三十五电阻R35、第三十六电阻R36并联后接本安控制器的控制信号，第三十电阻R35的另一端分别与第十三电容C13的一端、第二十一二极管D21的阴极端、第二光耦T2中的发光二极管的阳极相连，第三十六电阻R36的另一端、第十三电容C13的另一端、第二十一二极管D21的阳极端分别与第三光耦T3中发光二极管的阴极接，第三光耦T3中二极管阳极与第二光耦T2中二极管阴极连接，第三光耦T3中三极管的发射极与第四光耦T4中三极管的集电极相连，第十五二极管D15的阳极端接于所述的开关恒流充电电路中第四二极管的阳极，第十五二极管D15的阴极端分别与第四十电阻R40的一端、第十六二极管D16的阴极端相连，第十六二极管D16的阳极端与所述的电池防过放保护电路中第二场效应管Q2的源极相连，第四十电阻R40的另一端与第十七二极管D17的阳极端、第四发光二极管L4的阳极端相连，第十七二极管D17的阴极端、第十八二极管D18、第十九二极管D19、第二十二极管D20依次串联连接，第二十二极管D20的阴极端分别与第四发光二极管L4的阴极端、第四光耦T4中发光二极管的阳极相连，第四光耦T4中发光二极管的阴极接GND，第四光耦T4中三极管的发射极、第二光耦T2中三极管的发射极连接到GND，第二光耦T2中三极管的集电极与所述的电池防反充保护电路相连，第三光耦T3中三极管的集电极与所述的电池防过放保护电路相连。

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