CN106712207B - 一种防反接防倒灌电池充电保护电路 - Google Patents

一种防反接防倒灌电池充电保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防反接防倒灌电池充电保护电路包括：电压比较模块、执行模块、防反接控制模块；所述的防反接控制模块两端分别与电源的负极以及电池的负极相连；所述的电压比较模块包括：比较器、电压采集电路、比较器供电电路、限流保护电阻；所述的执行模块分别与充电管理模块、电源的负极相连、第一MOS管的源极、栅极相连；本发明具有低损耗、结构简单、实用方便且具有很好可扩展性的特点，能够防止电源与电池的反接，还能防止电池电压高于输入电源电压时产生倒灌电流。

Description

一种防反接防倒灌电池充电保护电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种防反接防倒灌电池充电保护电路。
背景技术
电池充电管理电路用于输入电源对电池的充电控制，起到非常重要的作用。若输入电源或者电池反接极有可能损坏充电电路以及电池，甚至导致电池的爆炸，引起火灾等更严重的情况。同时，在以电池作为负载的电路中，如果没有防倒灌电路，当没有输入电源时，电池还会继续给充电管理电路供电，这样会使电池的电量白白浪费了，特别在大电流的充电设备中，没有防倒灌电路甚至会对充电电路造成永久性损坏。因此防反接防倒灌保护电路在充电管理电路中是非常重要的。
现有技术中的充电管理电路，一般使用二极管或者MOS管来实现防反接防倒灌保护电路。如果采用二极管来实现防反接防倒灌保护电路时，由于二极管正向导通压降较大，在低电压大电流的应用中，在二极管上损失的能量很大，降低了电池充电管理电路的效率。MOS管因为其导通电阻特别小，因此非常适合替代二极管实现防反接防倒灌保护电路，但是由于MOS管导通后需要额外的电路来进行关断，通常需要借助于复杂的模拟电路或者MCU来实现，这就增加了整体的成本和功耗，并且如需在现有基础上增加其它保护电路会非常困难，可扩展性不佳。
发明内容
本发明为了解决现有充电防反接防倒灌保护电路成本高，损耗大，可拓展性不强的问题，提供一种应用于充电的低损耗、结构简单、实用方便且具有很好可扩展性的防反接防倒灌保护电路，能够防止输入电源与电池的反接，还能防止电池电压高于输入电源电压时产生的倒灌电流。
一种防反接防倒灌电池充电保护电路，电压比较模块4、执行模块5、防反接控制模块6；所述的防反接控制模块6两端分别于电源1的负极与电池2的负极相连；所述的电压比较模块4由比较器41、电压采集电路、比较器供电电路、限流保护电阻45组成；所述的执行模块5分别与充电管理模块3、电源1的负极相连、第一MOS管63的源极、栅极相连；
所述的电压比较模块4的比较器41由比较器供电电路连接在电源1上；电源1正极与比较器41之间还设有二极管；所述的电压采集电路包括电源电压采集电路42、电池电压采集电路43；所述的电源电压采集电路42、电池电压采集电路43分别包括一组两个串联的采样电阻，两个电阻的中间分别与比较器41的正向输入端和负向输入端相连；所述的两组电阻的比值相等；
所述的比较器41的输出端还连接有限流保护电阻45；
所述的防反接控制模块6包括：第一二极管61、第二二极管62、第一MOS管63；所述的第一二极管61的阳极连接在电源1的负极；第二二极管62的阳极连接在电池2的负极；第一二极管61、第二二极管62的阴极相连，且同时与第一MOS管63的栅极相连；
所述的执行模块5包括第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53、电阻54；三个MOS管的栅极、源极相互连接；三个MOS管的栅极、源极与电阻54并联连接；三个MOS管的栅极与限流保护电阻45串连；所述的第二MOS管51的漏极与充电管理模块3的接地端相连；所述的第三MOS管52的漏极与电池2的负极相连；所述的第四MOS管53的漏极与电源1的负极相连；
还包括限压保护模块7、限流保护模块8；
所述的限压保护模块7包括：限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74、限压模块比较器72、限压模块二极管71；所述的限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74并联在电池2的两端；限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74的中间与限压模块比较器72的正向输入端相连；所述的限压模块比较器72的负向输入端与电压基准相连；所述的限压模块比较器72的输出端与限压模块二极管71的阳极相连；所述的限压模块二极管71的阴极与第一MOS管63的栅极相连；
所述的限流保护模块8包括：限流模块第一电阻82、限流模块二极管81、限流模块比较器83；所述的限流模块比较器83的负向输入端与电流基准相连；所述的限流模块比较器83的正向输入端与限流模块第一电阻82的一端相连，同时与电池2的负极相连；所述的限流模块第一电阻82的另一端与第三MOS管52的漏极相连；所述的输出端与限流模块二极管81的阳极相连；所述的限流模块二极管81的阴极与第一MOS管63的栅极相连。
本发明提供了一种防反接防倒灌电池充电保护电路包括：电源、电池，还包括：充电管理模块、电压比较模块、执行模块、防反接控制模块；所述的充电管理模块与电源、电池串联；充电管理模块的输入端与电源的正极相连接，充电管理模块的输出端与电池的正极相连接；所述的防反接控制模块两端分别于电源的负极与电池的负极相连；所述的电压比较模块包括：比较器、电压采集电路、比较器供电电路、限流保护电阻；所述的执行模块分别与充电管理模块、电源的负极相连、第一MOS管的源极、栅极相连；本发明具有低损耗、结构简单、实用方便且具有很好可扩展性的特点，能够防止输入与电池的反接，还能防止电池电压高于输入电源电压时产生倒灌电流。
附图说明
图1为本发明一种充电防反接防倒灌保护电路电路图；
图2为本发明一种充电防反接防倒灌保护电路电路图；
图3为本发明一种充电防反接防倒灌保护电路拓展后的电路图。
具体实施方式
实施例1：一种防反接防倒灌电池充电保护电路
一种防反接防倒灌电池充电保护电路，包括：电源1、电池2、充电管理模块3、电压比较模块4、执行模块5、防反接控制模块6；
所述的电源1设置在电池充电防反接防倒灌保护电路的输入端，电池2设置在电池充电防反接防倒灌保护电路的输出端；
所述的充电管理模块3与电源1、电池2串联。充电管理模块3的输入端与电源1的正极相连接，充电管理模块3的输出端与电池2的正极相连接；
所述的电压比较模块4包括：比较器41、电源电压采集电路42、电池电压采集电路43、比较器供电电路、限流保护电阻45；
所述的比较器41由比较器供电电路连接在电源1上；电源1正极与比较器41之间还设有二极管44；二极管44的阳极与电源1的正极相连；
所述的电源电压采集电路42包括第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422；第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422串联；第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422的中间与比较器41的正向输入端相连；
所述的电池电压采集电路43包括第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432；第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432串联；第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432的中间与比较器41的负向输入端相连；
所述的第一电源采样电阻421和第二电源采样电阻422的比值与第一电池采样电阻431和第二电池采样电阻432的比值相等；
所述的电源电压采集电路42并联在电源1两端；电池电压采集电路43的低电势端与电源电压采集电路42的低电势端相连，所述的电池电压采集电路43的另一端与电池2的正极相连；
所述的比较器41的输出端还连接有限流保护电阻45；
所述的防反接控制模块6包括第一二极管61、第二二极管62、第一MOS管63；
所述的第一二极管61的阳极连接在电源1的负极；第二二极管62的阳极连接在电池2的负极；第一二极管61、第二二极管62的阴极相连，且同时与第一MOS管63的栅极相连；
所述的执行模块5包括第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53、电阻54；
所述的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极、源极相互连接；电阻54与第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极、源极并联连接；再与第一MOS管63的源极、栅极相连；
所述的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极与限流保护电阻45相连；
所述的第二MOS管51的漏极与充电管理模块3的接地端相连；
所述的第三MOS管52的漏极与电池2的负极相连；
所述的第四MOS管53的漏极与电源1的负极相连。
使用时，第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53三个MOS管的源级以及栅极连接在一起，由同一个控制信号来同时控制这三个MOS管。当这三个MOS管同时关闭时电源1、电池2、充电管理模块3彼此之间无法构成回路，从而起到保护作用。
当电源1电压高于电池2电压，电源1、电池2正常连接到电路中，比较器供电电路正常供电，比较器41的正向输入端的电压高于负向输入端电压，比较器41输出高电平，控制执行模块5的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极为高电平，三个MOS管导通；电路正常工作，充电管理模块3正常工作，控制电池的充电；
当电源1电压低于电池2电压时，比较器供电电路正常供电，比较器41的正向输入端的电压低于负向输入端电压，比较器41输出低电平，控制执行模块5的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极为低电平，MOS管不导通，充电电路整体断开，电池不充电；
第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422与第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432分别对电源1和电池2两端电压进行分压送入比较器41中进行比较，只有当输入电压正向输入端的电压高于负向输入端电压时候才会打开第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53，即电源1电压低于电池2电压时就会关闭；
当电源1的正负极接反时，第一二极管61阳极电压会高于第一MOS管63的源极电压，从而会导通第一MOS管63，关闭第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53，起到电源反接保护作用；
当电池2的正负极接反时，第二二极管62阳极电压会高于第一MOS管63的源极电压，从而会导通第一MOS管63，关闭第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53，起到电池反接保护作用。
实施例2：一种防反接防倒灌电池充电保护电路
一种防反接防倒灌电池充电保护电路，包括：电源1、电池2、充电管理模块3、电压比较模块4、执行模块5、防反接控制模块6、限压保护模块7、限流保护模块8；
所述的电源1设置在电池充电防反接防倒灌保护电路的输入端，电池2设置在电池充电防反接防倒灌保护电路的输出端；
所述的充电管理模块3与电源1、电池2串联。充电管理模块3的输入端与电源1的正极相连接，充电管理模块3的输出端与电池2的正极相连接；
所述的电压比较模块4包括：比较器41、电源电压采集电路42、电池电压采集电路43、比较器供电电路、限流保护电阻45；
所述的比较器41由比较器供电电路连接在电源1上；电源1正极与比较器41之间还设有二极管44；二极管44的阳极与电源1的正极相连；
所述的电源电压采集电路42包括第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422；第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422串联；第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422的中间与比较器41的正向输入端相连；
所述的电池电压采集电路43包括第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432；第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432串联；第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432的中间与比较器41的负向输入端相连；
所述的第一电源采样电阻421和第二电源采样电阻422的比值与第一电池采样电阻431和第二电池采样电阻432的比值相等；
所述的电源电压采集电路42并联在电源1两端；电池电压采集电路43的低电势端与电源电压采集电路42的低电势端相连，所述的电池电压采集电路43的另一端与电池2的正极相连；
所述的比较器41的输出端还连接有限流保护电阻45；
所述的防反接控制模块6包括第一二极管61、第二二极管62、第一MOS管63；
所述的第一二极管61的阳极连接在电源1的负极；第二二极管62的阳极连接在电池2的负极；第一二极管61、第二二极管62的阴极相连，且同时与第一MOS管63的栅极相连；
所述的执行模块5包括第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53、电阻54；
所述的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极、源极相互连接；电阻54与第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极、源极并联连接；再与第一MOS管63的源极、栅极相连；
所述的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极与限流保护电阻45相连；
所述的第二MOS管51的漏极与充电管理模块3的接地端相连；
所述的第三MOS管52的漏极与电池2的负极相连；
所述的第四MOS管53的漏极与电源1的负极相连；
所述的限压保护模块7包括：限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74、限压模块比较器72、限压模块二极管71；
所述的限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74并联在电池2的两端；限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74的中间与限压模块比较器72的正向输入端相连；
所述的限压模块比较器72的负向输入端与电压基准相连；
所述的限压模块比较器72的输出端与限压模块二极管71的阳极相连；
所述的限压模块二极管71的阴极与第一MOS管63的栅极相连；
所述的限流保护模块8包括：限流模块第一电阻82、限流模块二极管81、限流模块比较器83；
所述的限流模块比较器83的负向输入端与电流基准相连；
所述的限流模块比较器83的正向输入端与限流模块第一电阻82的一端相连，同时与电池2的负极相连；
所述的限流模块第一电阻82的另一端与第三MOS管52的漏极相连；
所述的输出端与限流模块二极管81的阳极相连；
所述的限流模块二极管81的阴极与第一MOS管63的栅极相连。
使用时，第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53三个MOS管的源级以及栅极连接在一起，由同一个控制信号来同时控制这三个MOS管。当这三个MOS管同时关闭时电源1、电池2、充电管理模块3彼此之间无法构成回路，从而起到保护作用；
当电源1电压高于电池2电压，电源1、电池2正常连接到电路中，比较器供电电路正常供电，比较器41的正向输入端的电压高于负向输入端电压，比较器41输出高电平，控制执行模块5的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极为高电平，三个MOS管导通；电路正常工作，充电管理模块3正常工作，控制电池的充电；
当电源1电压低于电池2电压时，比较器供电电路正常供电，比较器41的正向输入端的电压低于负向输入端电压，比较器41输出低电平，控制执行模块5的第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53的栅极为低电平，MOS管不导通，充电电路整体断开，电池不充电；
第一电源采样电阻421、第二电源采样电阻422与第一电池采样电阻431、第二电池采样电阻432分别对电源1和电池2两端电压进行分压送入比较器41中进行比较，只有当输入电压正向输入端的电压高于负向输入端电压时候才会打开第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53，即电源1电压低于电池2电压时就会关闭；
当电源1的正负极接反时，第一二极管61阳极电压会高于第一MOS管63的源极电压，从而会导通第一MOS管63，关闭第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53，起到电源反接保护作用；
当电池2的正负极接反时，第二二极管62阳极电压会高于第一MOS管63的源极电压，从而会导通第一MOS管63，关闭第二MOS管51、第三MOS管52、第四MOS管53，起到电池反接保护作用；
限压保护模块7的限压模块第一电阻73、限压模块第二电阻74采集电池2两端的电压，进行分压，并输送至限压模块比较器72的正向输入端，与电压基准进行比较，那么，第一电阻73、限压模块第二电阻74分压后的电压高于电压基准，限压模块比较器72会输出高电平导通第一MOS管63，从而关断整个电路；限流保护模块8的限流模块第一电阻82两端的电压输送至限流模块比较器83的正向输入端，当该电压高于电流基准电压，那么限流模块二极管81会输出高电平导通第一MOS管63，从而关断整个电路。

Claims (6)

1.一种防反接防倒灌电池充电保护电路，其特征在于：包括：电压比较模块(4)、执行模块（5）、防反接控制模块（6）；所述的防反接控制模块（6）两端分别与电源（1）的负极与电池（2）的负极相连；所述的电压比较模块(4)由比较器（41）、电压采集电路、比较器供电电路、限流保护电阻（45）组成；所述的执行模块（5）分别与充电管理模块（3）、电源（1）的负极相连、第一MOS管（63）的源极、栅极相连；
所述的防反接控制模块（6）包括：第一二极管（61）、第二二极管（62）、第一MOS管（63）；所述的第一二极管（61）的阳极连接在电源（1）的负极；第二二极管（62）的阳极连接在电池（2）的负极；第一二极管（61）、第二二极管（62）的阴极相连，且同时与第一MOS管（63）的栅极相连；
所述的执行模块（5）包括第二MOS管（51）、第三MOS管（52）、第四MOS管（53)、电阻(54)；三个MOS管的栅极、源极相互连接；三个MOS管的栅极、源极与电阻(54)并联连接；三个MOS管的栅极与限流保护电阻（45）串连；所述的第二MOS管（51）的漏极与充电管理模块（3）的接地端相连；所述的第三MOS管（52）的漏极与电池（2）的负极相连；所述的第四MOS管（53)的漏极与电源（1）的负极相连；
所述的充电管理模块（3）与电源（1）、电池（2）串联；充电管理模块（3）的输入端与电源（1）的正极相连接，充电管理模块(3)的输出端与电池(2)的正极相连接。
2.根据权利要求1所述的一种防反接防倒灌电池充电保护电路，其特征在于：所述的电压比较模块(4)的比较器（41）由比较器供电电路连接在电源（1）上；电源（1）正极与比较器（41）之间还设有二极管；所述的电压采集电路包括电源电压采集电路（42）、电池电压采集电路（43）；所述的电源电压采集电路（42）、电池电压采集电路（43）分别包括一组两个串联的采样电阻，两个电阻的中间分别与比较器（41）的正向输入端和负向输入端相连；所述的两个电阻的比值相等。
3.根据权利要求2所述的一种防反接防倒灌电池充电保护电路，其特征在于：所述的比较器（41）的输出端还连接有限流保护电阻（45）。
4.根据权利要求3所述的一种防反接防倒灌电池充电保护电路，其特征在于：还包括限压保护模块(7)、限流保护模块(8)。
5.根据权利要求4所述的一种防反接防倒灌电池充电保护电路，其特征在于：所述的限压保护模块(7)包括：限压模块第一电阻(73)、限压模块第二电阻(74)、限压模块比较器(72)、限压模块二极管(71)；所述的限压模块第一电阻(73)、限压模块第二电阻(74)并联在电池（2）的两端；限压模块第一电阻(73)、限压模块第二电阻(74)的中间与限压模块比较器(72)的正向输入端相连；所述的限压模块比较器(72)的负向输入端与电压基准相连；所述的限压模块比较器(72)的输出端与限压模块二极管(71)的阳极相连；所述的限压模块二极管(71)的阴极与第一MOS管（63）的栅极相连。
6.根据权利要求4或5所述的一种防反接防倒灌电池充电保护电路，其特征在于：所述的限流保护模块(8)包括：限流模块第一电阻(82)、限流模块二极管(81)、限流模块比较器(83)；所述的限流模块比较器(83)的负向输入端与电流基准相连；所述的限流模块比较器(83)的正向输入端与限流模块第一电阻(82)的一端相连，同时与电池（2）的负极相连；所述的限流模块第一电阻(82)的另一端与第三MOS管（52）的漏极相连；所述的限流模块比较器(83)的输出端与限流模块二极管(81)的阳极相连；所述的限流模块二极管(81)的阴极与第一MOS管（63）的栅极相连。
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