CN1047037C - 电池过量放电保护用的控制电路 - Google Patents

Abstract

用单个晶体管制成的电子开关可以避免电池过量充电或过量放电。电池的正极接正接线端子。负极接地，并通过晶体管接负接线端子。电池的端电压等于高于检测电压时，检测电路的输出通过电阻器和正温度系数电阻器组成的串联电路提供给晶体管基极，并提供给比较器的电源端。此外，电阻器的分压输出端和接线端子分别通过电阻器接比较器的正负输入端。比较器的输出端通过晶体管接电阻器之间的连接点。

Description

电池过量放电保护用的控制电路

本发明涉及一种电池过量放电保护的控制电路，特别涉及装在所谓便携式电池组、电池充电器或以电池为电源的装置中的一种电池保护电路。

便携式电池组即使搁置很长一段时间之后，其自身放电量也是非常小的。在正常的室温环境下，便携式电池组即使搁置大约一年之后，也绝不会进入过量放电。但若便携式电池组不处在使用状态而搁置在与某些音响和电视装置(例如电视摄象机)电连接的情况下，则即使电视摄象机的电源开关已经关掉，也会有大约2至20毫安的无照电流流过，从而使便携式电池组在大约1至6个月的时间内达到过量放电的境界。在最坏的情况下，便携式电池组即使借助普通的电池充电器也不会从过量放电状态恢复过来。

为解决上述问题，有人建议往便携式电池组中装上一个电池保护电路，保护电池使其不致过量放电。具体地说，这种电池保护电路是将一个电子开关串联连接在与负荷连接的正负接线端之间或电池充电器与电池之间。电池保护电路用这个电子开关来保护便携式电池组，使其不致过量放电。

在上述电池保护电路中，便携式电池组经连接到正负接线端的负荷放电或由连接到正负接线端的电池充电器进行充电时，电流在电池保护电路中反向流动。因此作为上述电子开关，采用了能使电流在彼此相反和方向上流动的场效应晶体管(FET)。不然电子开关也可采用彼此并联连接的正方向和负方向的晶体管，使电流可以在电池组放电或充电时在两个彼此相反的方向流动。

此外，为保护电池组使其不致过量充电，电池保护电路采取某些适当的措施，例如采用恒温转换开关检测电池的温度，并根据检测结果切断和接通电路。此外还给电源串联连接上一个电阻器，作为检测器检测充放电情况。该电阻器的电阻值选取得小得足以使其不致影响检测器的输出。为进一步避免过量放电，充放电检测器由适当的器件制成，例如耗量小的COMS(互补金属氧化物半导体)电路。

然而，上述电池保护电路采用FET、恒温转换开关、电值小的电阻和CMOS电路，所有这些，都是较贵的电路元件。此外，为在预定的条件下分别激励并联连接的晶体管，必须提供复杂的电路方案。因此，若电池组中装有上述电池保护电路，电池组不可避免地会贵起来。

此外，电池保护电路采用诸如恒温转换开关之类的温度检测电路时，若电池保护电路放在不正常的负荷状态，例如反复出现在正负接线端之间的短路，则温度检测电路会颤动作响，工作温度超过预定的温度，从而使电池保护电路会有工作不正常的风险。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种能令人满意地保护电池、使其不致过量充电和过量放电的电池保护电路。

本发明的另一个目的是提供一种造价不高的电池保护电路。

本发明的又另一个目的是提供一种能避免不希望的暗电流在电路中流动的电池保护电路。

本发明还有另一个目的，即提供一种稳定、安全的电池保护电路。

按照本发明的一个方面，本发明提供的电池保护电路包括：正负接线端子，连接有负荷或电池充电器；一个电池；一个电子开关，串联连接在其中一个接线端子和电池之间；和一个检测电路，供检测电池预定的端电压；检测电路检测到电池的端电压等于或大于预定值时，就有非常小的电流从检测电路流到电子开关，改变电子开关在正负接线端子接有负荷或电池充电器时得出的一个端电压，电池给负荷的供电或电池充电器给电池提供充电电流是根据端电压的变化提高电子开关的控制电压进行的；另一方面，检测电路检测到电池端电压等于或小于预定值时，中断提供给电子开关的偏压电流，使正接线端子或负接线端子与电池之间的连接不起作用。

图1是本发明第一实施例的电池保护电路的电路设计图。

图2是本发明第二实施例的电池保护电路的电路设计图。

现在参看附图说明本发明的内容。

图1是本发明第一实施例的电池保护电路的电路设计图。如图1所示，本发明的电池保护电路有一个正接线端子1和一个负接线端子2。正负接线端子1和2之间连接有负荷或电池充电器(图中未示出)。这里配备了一个电池3，其正极接正接线端子1。电子3的负极接地，且接npn晶体管4的发射极，npn晶体管4的集电极接负接线端子2。

此外还配备有电压检测器5。电压检测器5连接在电池3的两个电极端之间。电压检测器5检测到电池3端子两端的电压大于检测电压(例如5伏)时输出一个高电势。电压检测器5的输出通过电阻器6、7和正温度系数电阻器(以下简称PTC)8组成的串联电路提供给npn晶体管4的基极。电压检测器5的输出端接构成放电控制器的比较器9的电源端，和构成充电控制器的比较器10的电源端。

分压电阻器11、12连接在电池3的两极之间。电阻器11、12的分压输出提供给比较器9、10的负输入端。比较器9的正输入端通过电阻器13接负接线端子2。比较器10的正输入端接地。负接线端子2通过电阻器14接电阻器11、12的分压点。

比较器9、10的输出分别提供给npn晶体管15、16的基极。npn晶体管15、16的集电极接正接线端子1。npn晶体管15、16的发射极接电阻器6和7之间的连接点。

比较器9的输出端通过npn晶体管17的集电极/发射极通路接地。npn晶体管17的基极通过电阻器18接地。负接线端子2通过电阻器19接npn晶体管17的基极。

这样，在这种电池保护电路中，当正负接线端子1和2之间既没有接负荷也没有接电池充电器时，若电压检测器5检测出电池3的端子两端的电压(例如6伏)大于检测电压(例如5伏)，电压检测器5就从其输出端通过电阻器6、7和PTC8给npn晶体管4的基极提供偏压，从而使npn晶体管4中有非常小的电流流过。

这时，由于npn晶体管4的集电极电压低，因而比较器9正输入端子的电压低于负输入端的电压。于是，比较器9的输出端保持低电位。此外，这时由于比较器10负输入端的电压高于正输入端的电压，因而比较器10的输出也保持低电位。因此，npn晶体管15、16都处于截止状态。

正负端子1和2之间接上负荷(图中未示出)时，就有个正电压通过负荷加到npn晶体管4的集电极上。于是，比较器9正输入端的电压升高，比较器9的输出保持在高电位。这样，npn晶体管4的基极电压上升，npn晶体管4中有等于或大于400毫安的电流流过，给电池3供电。就在这一时刻，比较器10的输出端保持低电位。

在此情况下，当耗用电池3因而电压检测器5的输入电压低于检测电压时，检测器5的输出变为0。于是，比较器9得不到电源电压的供应，通过电阻器6提供给npn晶体管4的偏压变为0，从而使npn晶体管4截止。这样，电路中没有暗电流流过，可以保护电池3不致过量放电。

电池充电器连接在正负接线端子1和2之间时，npn晶体管4的集电极保持负电压，偏压就提供给npn晶体管4的基极，于是有电流从npn晶体管4的发射极流向集电极。此外，当npn晶体管4的集电极保持低电压时，比较器9正输入端的电压变得低于负输入端的电压，因而比较器9的输出端保持低电位。

另一方面，鉴于提供给比较器10负输入端的是负电压，提供给比较器10正输入端的电压为0，因而比较器10输出高电位。于是，npn晶体管16截止，从而使通过晶体管16提供的发射极电流(从晶体管4看去时为晶体管4的基极电流)流过电阻器7和PTC8时获得的电压叠加到晶体管4的基极上。换句话说，来自电压检测器5的偏压电流与晶体管16的发射极电流所叠加到其上的电流等效。因此，负荷由正接线端子1、电池3、npn晶体管4和负接线端子2依次组成的电路供电。

正负接线端子1和2无意中短路时，若电池3的电压高于检测电压(例如5伏)，电压检测器5就给npn晶体管4的基极提供偏压，从而使npn晶体管4中有非常小的电流流过。

此外，当npn晶体管4的集电极电压变得等于或高于预定电压时，由电阻器18、19确定的电压加到npn晶体管17的基极上，从而使比较器9被迫输出低电压。接着，当电流逐渐流入npn晶体管4，而电池3的电压变得小于检测电压时，电压检测器5的输出变0，偏压没有加到npn晶体管的基极上，从而使npn晶体管4截止。

如上所述，按照这种电池保护电路，当正负接线端子1和2之间没有接上负荷或电池充电器(图中未示出)时，若电压检测器5检测出电池3端子两端的电压等于或高于预定值，则有非常小的电流从检测器件(电压检测器5)流向电子开关(npn晶体管4)，改变着加到电子开关4的一个端电压。这时，随着这个端电压的变化，电子开关4的控制电压就增加，于是就有电流从电池3，提供给负荷或充电电流从电池充电器提供给电池3。另一个方面，电压检测器5检测出电池3端子两端的电压等于或小于预定值时，提供给电子开关4的偏压电流中断，从而使正接线端子1或负接线端子2与电池3之间的接线不起作用。这样，本发明的电池保护电路能令人满意地保护电池使其不致过量放电。

负荷连接在正负接线端子1和2之间时电子开关4中电流的方向，和电池充电器连接在正负接线端子1和2之间时电子开关4中电流的方向，两者是可以使其彼此反向的。

鉴于电池保护电路具有放电控制器件(比较器9)检测着电子开关4的一个端电压是否为正电压、并将控制电流叠加到偏压电流上从而使正向工作电流在电子开关4中流动，电池保护电路还有放电控制器件(比较器10)用来检测电子开关4的一个端电压是否为负电压并将控制电流叠加到偏压电流上，从而工作电流在电子开关4中反向流动，因而可采用价廉的晶体管制造电子开关4。因此，本发明的电池保护电路总的说来可以低成本生产。

此外，鉴于这种电池保护电路具有电压极性检测器件(电阻器14)供检测电子开关4的一个端电压在电池充电器接正负接线端子1和2时是否为正电压并检测充电是否停下来，且能使充电控制器件(比较器10)不起作用，因而可以避免不希望有的暗电流流动。

此外，鉴于这利电池保护电路具有高压检测器件(npn晶体管17和电阻器18,19)供检测电子开关14的一个端电压是否为正电压且是否等于或高于预定值，而且放电控制器件(比较器9)的输出在高压检测器件检测出高于预定值的电压时中断，因而可以避免温度检测电路(PTC8)因温度在端子短路之后出现的小变化而颤动作响。因此，本实施例的电池保护电路能令人满意地工作。这样就可以制造高度可靠的电池保护电路。

由于工作电压通过预定的端电压检测器件(电压检测器5)提供给充电控制器件(比较器10)，因而可以大大减小流入设在电池保护电路的这些电路中的暗电流。

由于温度检测器件(PTC8)与偏压电流供到电子开关4的线路串联连接，因而若将供到电子开关4的电流控制得使其随温度检测器件检测到的温度而成为预定值，则可以得出能稳定工作的电池保护电路。尤其是可以防止电池3的温度因充电不正常等原因而异乎寻常地上升。

虽然PTC8作为温度检测器件是按上述那样图1所示的位置进行连接，但本发明并不局限于此，PTC8也可以连接在图1中虚线的位置。在此情况下，由于偏压电流除充电时间外在其它时间期间是不提供给PTC8的，因而可以降低PTC8的耗电量。

此外，虽然比较器9、10如上所述是由电压检测器5的输出使其工作的，但本发明并不局于此，比较器9、10同样可以由图1阴影b所示的暗电流限定齐纳二极管使其工作。

另外，虽然上述电池保护电路如上所述是装在电池组中的，但本发明并不局限于此，电池保护电路也可以装在电池充电器或以电池为电源的装置中。

图2是本发明第二实施例的电池保护电路图。图2中，与图1中相同的元件和部件都以同样的编号标出，因而无需详述。

按照这个实施例，电池3可与上述电池保护电路分开形成。具体地说，如图2中所示，电子3可以通过将接线端子21、22接到电池3两端与电池保护电路分开形成。

按上述配置方式，本发明的电池保护电路可应用到现行的电池组和负荷上。若这种电路制成适配器，则可以通过这种适配器连接在电池3与负荷之间进行上述操作。

若负荷侧配备有多套接线端子1和2，则本发明的电池保护电路可应用到能给电视摄影机和照明设备供电的适配器上。

按照本发明，由于电池3与电池保护电路分开形成，且通过与正负接线端子1、2不同的接线端子21、22连接到电池保护电路上，且此电路是作为适配器连接在电池3与负荷之间，因而可以提供能令人满意地应用到现行的电池组和负荷的电池保护电路。

在上述电池保护电路中，电压检测器5不断地检测电池3的电压，因而若电压检测器5的信号加到发光二极管20上，发光二极管20就能指示出电池3的剩余电量。更具体地说，用本申请同一受让人申请的日本专利申请4-353605(日本公开专利申请公报6-189461)中公开的电路可以指示电池3的剩余电量。

如上所述，按照本发明第二实施例的电池保护电路，由于该电路有一个指示出对应于检测器件(电压检测器5)所检测的电压的指示值的指示器件(发光二极管20)，因而能令人满意地指示出电池3的剩余电量。

至此，已参照附图说明本发明的一些最佳实施例，但不言而喻，本发明并不局限于这些实施例，本技术领域的行家们在不脱离本说明书所附的权利要求书中所述的本发明的精神实质和范围的前提下是可以就上述最佳实施例进行种种更改和修改的。

Claims (9)

1．一种电池保护电路，其特征在于包括：

正负接线端子，用于连接负荷或电池充电器；

一个电池；

一个电子开关，串联连接在所述正或负接线端子与所述电池之间，并可根据控制信号来控制电子开关的导通程度；和

检测装置，并联在电池两端，用于检测所述电池的预定端电压并根据所测的电压向所述电子开关输出或不输出所述控制信号，当所述检测装置检测出所述电池的端电压等于或大于预定值时，所述输出的控制信号就是流向电子开关的非常小的电流，从而改变正负接线端子接负荷或电池充电器时所获的所述电子开关的一端电压，并且根据所述端电压的变化提高所述电子开关的控制电压而改变从所述电池至所述负荷的电流供应，或从所述电池充电器至所述电池的电流供应，而当所述检测装置检测出所述电池的所述端电压等于或小于预定值时，通过中断向所述电子开关供应偏压电流不输出所述控制信号，而断开所述正或负接线端子之一与所述电池之间的连接。

2．如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，当所述负荷连接到所述正负接线端子时，所述电子开关中流动的电流的方向与当所述电池充电器连接到所述正负接线端子时，所述电子开关中流动的电流方向彼此相反。

3．如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，它还包括放电控制装置和充电控制装置，放电控制装置用于检测所述电子开关的一端电压是否为正电压，并将控制电流叠加到所述偏置电流上，从而使正向工作电流在所述电子开关中流动，充电控制装置用于检测所述电子开关的一端电压是否为负电压，并将控制电流叠加到所述偏置电流上，从而使反向工作电流在所述电子开关中流动。

4．如权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，它还包括用于检测所述电子开关的一端电压是否为正电压，并在所述电池充电器接所述正负接线端子时使所述充电控制装置不工作，从而停止充电的装置。

5．如权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，它还包括一个高压检测装置，用于检测所述电子开关的一端电压是否为正电压并大于预定值，且所述高压检测装置检测出大于所述预定值的电压时中断所述放电控制装置的输出。

6．如权利要求3、4或5所述的电池保护电路，其特征在于，电压是通过预定端电压检测装置加到所述放电控制装置和所述充电控制装置上的。

7．如权利要求1、2或3所述的电池保护电路，其特征在于，它还包括温度检测装置，与向所述电子开关供应所述偏压电流的线路串联，所述电子开关的电流被控制得使其根据所述温度检测装置测出的温度而成为预定值。

8．如1至7任一权利要求所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池分开形成，且通过与所述正负接线端子不同的接线端子与所述电路连接，且所述电路作为适配器而设在所述电池与所述负荷作用。

9．如1至8任一权利要求所述的电池保护电路，其特征在于，它还包括指示装置，以指示出与所述检测装置对应检测出的电压。

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