CN104092259B - 一种用于充电电池的充电保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于充电电池的充电保护电路，包括一充电电源，充电电源包括一电源输出端及接地端；还包括一第一N沟道MOS管Q1及一第二N沟道MOS管Q2；第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2并联于电源输出端与接地端间；第一N沟道MOS管Q1与电源输出端间连接有一充电电池；当充电电池的正极与电源输出端连接时，第一N沟道MOS管Q1导通，第二N沟道MOS管Q2截止，形成电源输出端、充电电池、第一N沟道MOS管Q1、接地端的充电回路；当充电电池的负极与电源输出端连接时，第二N沟道MOS管Q2导通，第一N沟道MOS管Q1截止，无法形成电源输出端、充电电池、第二N沟道MOS管Q2、接地端的充电回路。当充电电池反向接入电源时，该保护电路保护充电电池不受损害。

Description

一种用于充电电池的充电保护电路
技术领域
本发明涉及保护电路领域，尤其涉及一种用于充电电池的充电保护电路。
背景技术
随着世界各国对环保的重视和要求，越来越多的镍氢电池和锂电池用在仪器上。对于便携使用的仪器，由于使用的特殊性，充电的管理都是设计在仪器内部且充电电池都设计成可更换式的，以便于施工人员在仪器电量不足时，及时更换充电电池或者在仪器工作时进行充电，从而确保仪器连续工作。
但上述这种充电设计带了一个隐患，就是当充电电池反向安装后，会损伤或损坏充电管理芯片及有极性的电子器件。为了解决因电池反接可能导致的仪器损伤或损坏，参阅图1，现有的解决方案是结构限制法，在电池盒的结构设计时，设计凸台等结构，当充电电池反向时无法安装，避免构成回路。具体地，凸台的厚度高于金属触片。当电池正向安装时，只有电池的尖头(凸头)能够接触到金属触片。而当电池反接时，由于电池的负极没有尖头(凸头)，则电池的负极无法接触到金属触片。从而起到防止电池反接的保护作用。但此结构限制法，只能适应有尖头(凸头)的充电电池。对于现在工业使用的充电锂电池或者镍氢电池，大部分是没有尖头(凸头)的，这种结构限制法无法起到有效的保护作用。
因此，需要一种可适用在任何种类的充电电池的充电保护电路，在反接电池时，起到对电池的保护作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充电保护电路，对于任何形状和种类的充电电池，均可起到充电保护的作用。
本发明公开了一种用于充电电池的充电保护电路，包括一充电电源，所述充电电源包括一电源输出端及接地端；所述充电电池保护电路还包括一第一N沟道MOS管Q1及一第二N沟道MOS管Q2；所述第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2并联于所述电源输出端与接地端间；所述第一N沟道MOS管Q1与所述电源输出端间连接有一充电电池；当充电电池的正极与所述电源输出端连接时，所述第一N沟道MOS管Q1导通，第二N沟道MOS管Q2截止，流过所述第一N沟道MOS管Q1的第一电流I1为：I1≥150mA，形成所述电源输出端、充电电池、第一N沟道MOS管Q1、接地端的充电回路；当充电电池的负极与所述电源输出端连接时，所述第二N沟道MOS管Q2导通，第一N沟道MOS管Q1截止，流过所述第二N沟道MOS管Q2的第二电流I2为：0＜I2≤10nA，无法形成所述电源输出端、充电电池、第二N沟道MOS管Q2、接地端的充电回路。
优选地，所述第一N沟道MOS管Q1包括一第一栅极、第一源极、第一漏极；所述第二N沟道MOS管Q2包括一第二栅极、第二源极、第二漏极；所述充电电池连接于所述电源输出端与所述第一漏极间；所述第一栅极与所述电源输出端连接；所述第一源极接地；所述第一漏极与所述第二栅极连接；所述第二源极接地；所述第二漏极与所述第一栅极连接。
优选地，当所述第一N沟道MOS管Q1导通时，所述第一漏极的电压等于所述第一源极的电压，其值为零。
优选地，当所述第二N沟道MOS管Q2导通时，所述第二漏极的电压等于所述第二源极的电压，其值为零。
优选地，所述电源输出端与第一栅极间设有电阻R1。
优选地，所述第一漏极与第二栅极间设有电阻R2。
优选地，所述I1≤1.2A。
采用上述技术方案后，当充电电池正向安装时，可形成正常的充电回路，使得该充电电池正常工作；当充电电池反向安装时，无法形成正常的充电回路，从而在充电电池因误操作反向安装后，可以有效的保护充电电池。
附图说明
图1为现有技术中充电电池保护装置的结构示意图；
图2a为本发明实施例中充电电池正向安装时，所述充电保护电路示意图；
图2b为本发明实施例中充电电池反向安装时，所述充电保护电路示意图；
图3a为本发明实施例中充电电池正向安装时，充电回路的电流流向示意图；
图3b为本发明实施例中充电电池反向安装时，充电回路的电流流向示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
参阅图2a及图2b，分别为充电电池正向安装与反向安装后的电路示意图。该用于充电电池的充电保护电路包括有一充电电源，其包括了一电源输出端及接地端，电源输出端输出电力至与该充电电源连接的外部装置，并回流至接地端以形成一充电回路。充电保护电路还包括了两N沟道MOS管，分别记为第一N沟道MOS管Q1和第二N沟道MOS管Q2，其中，这两个N沟道MOS管并联在电源输出端与接地端之间。充电时，便将充电电池连接在第一N沟道MOS管Q1与电源输出端之间。由于充电电池仅具有正负极，其连接在第一N沟道MOS管Q1与电源输出端间时也仅具有两种情况，即充电电池的正极与电源输出端连接，或是充电电池的负极与电源输出端连接。当充电电池的正极与电源输出端连接时，流过第一N沟道MOS管Q1的第一电流I1的大小为：I1≥150mA，使得第一N沟道MOS管Q1呈导通状态，此时流过第二N沟道MOS管Q2的电流为零，则第二N沟道MOS管Q2呈截止状态。因此，从电源输出端流出的电流经由充电电池及第一N沟道MOS管Q1最终流至充电电源的接地端，形成了一充电回路，使得充电电池可正常充电。而当充电电池的负极与电源输出端连接时，第二N沟道MOS管Q2导通，同时，第一N沟道MOS管Q1截止，仅第二N沟道MOS管Q2流过有电流，其为第二电流I2，第二电流I2的大小为：0＜I2≤10nA。由于第二电流I2的大小过于微小，接近于零，电源输出端输出的电流无法流经第二N沟道MOS管Q2，从而使得电源输出端、充电电池、第二N沟道MOS管Q2与接地端间的充电回路无法形成，便起到了在充电电池反接的情况下，充电回路无法形成，保护了充电电池的目的。
由于MOS管的特性，导通时，栅极与源极和漏极间的电流极小，源极与漏极间的电流可正常通过，而在截止时，栅极与源极及漏极的电流始终为零，因此，利用了上述特性，MOS管作为控制充电回路形成的控制元件在充电电池连接的不同情况下，起到了保护充电电池的作用。
以下结合一优选实施例具体详述该充电保护电路的工作原理。
继续参阅图1及图2，所述第一N沟道MOS管Q1包括一第一栅极、第一源极、第一漏极；所述第二N沟道MOS管Q2包括一第二栅极、第二源极、第二漏极；所述充电电池连接于所述电源输出端与所述第一漏极间；所述第一栅极与所述电源输出端连接；所述第一源极接地；所述第一漏极与所述第二栅极连接；所述第二源极接地；所述第二漏极与所述第一栅极连接。图1及图2中所示出的V1G为第一栅极的电压，V1D为第一漏极的电压，V1S为第一源极的电压，VBAT+为充电电池正极的电压。
当充电电池的正极与电源输出端连接时，V1G＝V1D+VBAT+，此时V1G大于V1D，则第一N沟道MOS管Q1导通，而由于该第一N沟道MOS管Q1的第一源极至第一漏极间的内阻很小，使得第一N沟道MOS管Q1的第一漏极的电压V1D等于第一源极的电压V1S，而由于第一源极接地，因此第一漏极的电压V1D为零。进一步地，由于第一漏极的电压V1D为零，第二N沟道MOS管的第二栅极的电压V2G也为零，从而使得第二N沟道MOS管Q2截止。当第二N沟道MOS管Q2截止时，第二源极与第二漏极断开。同时由于第二漏极与第一栅极连接，第二漏极始终断开时，第一N沟道MOS管Q1的第一栅极一直为高电平，使得第一N沟道MOS管Q1始终为导通状态。因此，保证了在充电电池的正极与电源输出端连接时，第一N沟道MOS管Q1始终导通，第二N沟道MOS管Q2始终截止。参阅图3a，为充电电池正向安装时，充电回路的电流流向示意图。自充电电源输出的电流从电源输出端流至充电电池、第一漏极、第一源极、接地，从而形成了该充电回路，对充电电池正常进行充电。
当充电电池的负极与电源输出端连接时，V1D＝V1G+VBAT+，此时V1D大于V1G，则第二N沟道MOS管Q2导通，而由于该第二N沟道MOS管Q2的第二源极至第二漏极间的内阻很小，使得第二N沟道MOS管Q2的第二漏极的电压V2D等于第二源极的电压V2S，而由于第二源极接地，因此第二漏极的电压V2D为零。进一步地，由于第二漏极的电压V2D为零，第一N沟道MOS管的第一栅极的电压V1G也为零，从而使得第一N沟道MOS管Q1截止。当第一N沟道MOS管Q1截止时，第一源极与第一漏极断开。同时由于第一漏极与第二栅极连接，第一漏极始终断开时，第二N沟道MOS管Q2的第二栅极一直为高电平，使得第二N沟道MOS管Q2始终为导通状态。因此，保证了在充电电池的正极与电源输出端连接时，第二N沟道MOS管Q2始终导通，第一N沟道MOS管Q1始终截止。参阅图3b，为充电电池反向安装时，充电回路的电流流向示意图。自充电电源输出的电流从电源输出端流至充电电池、第二栅极、第二源极、接地，而由于第二栅极与第二源极间的电流极小，接近于零，因此，该充电回路无法正常形成。在充电电池无法有效形成的情况下，充电电池在反向安装时，保护电路便对电池起到了保护的作用。
一优选实施例中，分别在电源输出端与第一栅极间设置了一电阻R1，及在第一漏极与第二栅极间设置了一电阻R2。电阻R1和R2的阻值可以很大，如10K，以防止在充电回路形成的瞬间，电流冲击对两N沟道MOS管的损害，对保护电路中的电子元件起到了保护作用。
上述任一实施例中，第一电流I1的大小小于1.2A，其大小由充电管理电路决定，1.2A的充电电流对充电电池的损害较小，多次充电不会大幅度减少电池的寿命。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种用于充电电池的充电保护电路，包括一充电电源，所述充电电源包括一电源输出端及接地端；
所述充电保护电路还包括一第一N沟道MOS管Q1及一第二N沟道MOS管Q2；
其特征在于：
所述第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2并联于所述电源输出端与接地端间；
所述第一N沟道MOS管Q1与所述电源输出端间连接有一充电电池；
当充电电池的正极与所述电源输出端连接时，所述第一N沟道MOS管Q1导通，第二N沟道MOS管Q2截止，流过所述第一N沟道MOS管Q1的第一电流I1为：I1≥150mA，形成所述电源输出端、充电电池、第一N沟道MOS管Q1、接地端的充电回路；
当充电电池的负极与所述电源输出端连接时，所述第二N沟道MOS管Q2导通，第一N沟道MOS管Q1截止，流过所述第二N沟道MOS管Q2的第二电流I2为：0＜I2≤10nA，无法形成所述电源输出端、充电电池、第二N沟道MOS管Q2、接地端的充电回路，其中，
所述第一N沟道MOS管Q1包括一第一栅极、第一源极、第一漏极；
所述第二N沟道MOS管Q2包括一第二栅极、第二源极、第二漏极；
所述充电电池连接于所述电源输出端与所述第一漏极间；
所述第一栅极与所述电源输出端连接；
所述第一源极接地；
所述第一漏极与所述第二栅极连接；
所述第二源极接地；
所述第二漏极与所述第一栅极连接。
2.如权利要求1所述的充电保护电路，其特征在于：
当所述第一N沟道MOS管Q1导通时，所述第一漏极的电压等于所述第一源极的电压，其值为零。
3.如权利要求1所述的充电保护电路，其特征在于：
当所述第二N沟道MOS管Q2导通时，所述第二漏极的电压等于所述第二源极的电压，其值为零。
4.如权利要求1所述的充电保护电路，其特征在于：
所述电源输出端与第一栅极间设有电阻R1。
5.如权利要求1所述的充电保护电路，其特征在于：
所述第一漏极与第二栅极间设有电阻R2。
6.如权利要求1所述的充电保护电路，其特征在于：
所述I1≤1.2A。
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