CN107123970A - 新风控制器的锂电池充放电保护电路 - Google Patents

新风控制器的锂电池充放电保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种新风控制器的锂电池充放电保护电路，该电路包括锂电池充电电路和锂电池保护电路，锂电池充电电路和锂电池保护电路通过锂电池连接。锂电池充电电路与锂电池的正极电连接，锂电池保护电路与锂电池负极电连接。锂电池充电电路包括第一电源输入端、第二电源输入端、电容E1、电容E2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R11、充电IC、MCU、LED1和LED2，锂电池保护电路包括电压检测IC、FS8205A芯片、电容C6、电阻R12和电阻R13。该锂电池充放电保护电路在使用过程中可进行过充电保护和过流保护，可以解决过充、过放的问题，且可以很好地保护锂电池，适用范围广，可在产业上推广使用。

Description

新风控制器的锂电池充放电保护电路
技术领域
本发明涉及新风控制器的锂电池充放电保护的电路，属于新风系统技术领域。
背景技术
锂在元素周期表上位于第3位，因外层电子数为1个，容易失去从而形成稳定结构，故锂是一种非常活泼的金属。由锂元素制成的锂离子电池，具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等优点，现已被广泛使用。新风控制器手持式采用单节锂电池供电，由于单节锂电池的最高充电终止电压为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。由于锂电池的内部结构原因，放电时，锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命会缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。单节锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V。锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电和短路，否则将会引起电池寿命缩短或起火、爆炸等事故，因此可充型锂电池都会连接一块充放电保护电路板（常简称保护板）来保护锂电池的安全。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种新风控制器的锂电池充放电保护电路。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：新风控制器的锂电池充放电保护电路，该电路包括锂电池充电电路和锂电池保护电路，所述锂电池充电电路和锂电池保护电路通过锂电池连接。
优选地，所述锂电池充电电路与锂电池的正极电连接，所述锂电池保护电路与锂电池负极电连接。
优选地，所述锂电池充电电路包括第一电源输入端、第二电源输入端、电容E1、电容E2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R11、充电IC、MCU、LED1和LED2，所述充电IC的1管脚TEMP接地，所述充电IC的2管脚PROG与电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端接地，所述充电IC的3管脚GND接地，所述充电IC的4管脚为VCC端，VCC端的一端与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与第一电源输入端的一端电连接，所述充电IC的4管脚、8管脚均和电阻R3的输出端电连接，所述充电IC的5管脚BAT的一端分别与电容E2的一端、锂电池的正极电连接，电容E2的另一端接地，所述充电IC的6管脚STDBY的一端与LED1的一端电连接，LED1的另一端与电阻R4的一端电连接，电阻R4的另一端与充电IC的VCC端电连接，所述充电IC的7管脚CHRG的一端与LED2的一端电连接，所述LED2的另一端与电阻R5的一端电连接，电阻R5的另一端与充电IC的VCC端电连接，所述充电IC的7管脚CHRG的一端还与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端与MCU的IO口电连接，所述充电IC的8管脚与电阻R5的另一端电连接。
优选地，所述锂电池保护电路包括电压检测IC、FS8205A芯片、电容C6、电阻R12和电阻R13，所述电压检测IC的1管脚OD经过FS8205A的5引脚与Q2的栅极电连接，所述电压检测IC的2管脚CS与电阻R12的一端电连接，电阻R12的另一端接地，所述电压检测IC的3管脚OC通过FS8205A的4引脚与Q1的栅极电连接，所述电压检测IC的5管脚为VCC端，VCC端的一端与电阻R13的一端电连接，电阻R13的另一端与充电IC的5管脚BAT电连接，所述电压检测IC的6管脚GND分别与锂电池的正极和电容C6的一端电连接，所述电压检测IC的6管脚GND通过FS8205A的6引脚和7引脚与Q2的源极电连接，电容C6的另一端与充电IC的5管脚BAT电连接。
优选地，第一电源输入端的输入电压为5V。
本发明技术方案的优点主要体现在：该锂电池充放电保护电路设计精巧，结构简单，在使用过程中可进行过充电保护和过流保护，可以解决过充、过放的问题，且可以很好地保护锂电池，适用范围广，可在产业上推广使用。
附图说明
图1是本发明新风控制器的锂电池充放电保护电路的电路图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种新风控制器的锂电池充放电保护电路，如图1所示，该锂电池充放电保护电路包括锂电池充电电路和锂电池保护电路，所述锂电池充电电路和锂电池保护电路通过锂电池连接，具体地，所述锂电池充电电路与锂电池的正极电连接，所述锂电池保护电路与锂电池负极电连接。
如图1所示，所述锂电池充电电路包括第一电源输入端、第二电源输入端、电容E1、电容E2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R11、充电IC、MCU、LED1和LED2。所述充电IC是专门为一节锂离子或锂聚合物电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过145℃时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力，不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，充电IC自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。充电IC的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。
在实际工作过程中经过反复实验，增加锂电池保护电路后，锂电池未出现发热的情况，工作正常，且由于锂电池距充电板较远，没必要增加NTC检测电池的温度，所以取消了电池温度检测功能，即将所述充电IC的1管脚TEMP接地。所述充电IC的2管脚PROG与电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端接地，通过所述电阻R6可以实现对充电电流进行编程操作。
所述充电IC的3管脚GND接地，所述充电IC的4管脚为VCC端，VCC端的一端与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与第一电源输入端的一端电连接，第一电源输入端的输入电压为5V。所述充电IC的4管脚、8管脚均和电阻R3的输出端电连接，所述充电IC的5管脚BAT的一端分别与电容E2的一端、锂电池的正极连接端电连接，电容E2的另一端接地，在本技术方案中，5管脚BAT向电池提供充电电流和4.2V的限制电压。
所述充电IC的6管脚STDBY的一端与LED1的一端电连接，LED1的另一端与电阻R4的一端电连接，电阻R4的另一端与充电IC的VCC端电连接，6管脚STDBY为电池充电完成指示端口，电阻R4为限流电阻，LED1为LED指示灯，当电池充电完成时，被内部开关拉到低电平，LED被点亮，指示充电完成。
所述充电IC的7管脚CHRG的一端与LED2的一端电连接，所述LED2的另一端与电阻R5的一端电连接，电阻R5的另一端与充电IC的VCC端电连接，所述充电IC的7管脚CHRG为电池充电状态指示端口，LED2为LED指示灯。当电池正在充电时，被内部开关拉到低电平，LED2被点亮，指示正在充电，否则，7管脚CHRG处于高阻态，此时LED2熄灭，表示充电完成或未进行充电动作。所述充电IC的7管脚CHRG的一端还与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端与MCU的IO口电连接，具体地，7管脚CHRG接到了MCU的IO口RS上，该设置方便MCU通过该IO口监控锂电池的充电状况。所述充电IC的8管脚与电阻R5的另一端电连接。所述充电IC的8管脚为芯片使能控制端，输入高电平时，充电IC处于正常工作状态；输入低电平时，使充电IC处于被禁止充电状态，图1中始终为高电平，即正常工作状态。
如图1所示，所述锂电池保护电路包括电压检测IC、FS8205A芯片、电容C6、电阻R12和电阻R13。所述电压检测IC内置有高精确度的电压检测与时间延迟电路，其过充检测电压为3V，过充释放电压为4.05V，过放检测电压为2.5V，过放释放电压为3.0V，过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V；电压检测IC允许电池输出的最大电流是3.3A。
所述电压检测IC的1管脚OD经过FS8205A的5引脚与Q2的栅极电连接，Q2为N沟道场效应管，所述电压检测IC的2管脚CS与电阻R12的一端电连接，电阻R12的另一端接地，所述电压检测IC的3管脚OC通过FS8205A的4引脚与Q1的栅极电连接，Q1为N沟道场效应管。
所述电压检测IC的5管脚为VCC端，VCC端的一端与电阻R13的一端电连接，电阻R13的另一端与充电IC的5管脚BAT电连接，所述电压检测IC的6管脚GND分别与锂电池的正极和电容C6的一端电连接，所述电压检测IC的6管脚GND通过FS8205A的6引脚和7引脚与Q2的源极电连接，电容C6的另一端与充电IC的5管脚BAT电连接。
正常使用的情况下，如图1所示，当锂电池电压在2.5V～4.3V之间时，电压检测IC的1管脚OD、3管脚OC均输出高电平，等于供电电压，2脚CS电压为0V，电压检测IC处于使能状态。此时FS8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小，约为数十毫欧姆，相当于开关闭合，即处于导通状态，此时锂电池的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下：B＋→P＋→负载；P- →FS8205A的2引脚、3引脚→FS8205A的2引脚→FS8205A的8引脚→FS8205A的6引脚、7引脚→B-。
当锂电池通过外接的负载进行放电时，锂电池两端的电压将慢慢降低，同时电压检测IC内部实时监测锂电池电压。当锂电池电压下降到2.3V，即过放保护电压时，电压检测IC认为锂电池已处于过放电状态，其1管脚OD电压变为0，FS8205A内部Q1的G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大，约为几兆欧姆，相当于开关断开，即Q1截止，此时锂电池的B-与P-之间处于断开状态，即锂电池的放电回路被切断，锂电池将停止放电，进入过放电保护状态后，锂电池电压会上升，若能上升到电压检测IC的门限电压，即过放保护恢复电压，一般为3.1V，电压检测IC的1管脚OD恢复输出高电平，FS8205A内的Q1再次导通。
锂电池正常充电，在保护电路的P＋与P-端间加上充电电压，电压检测IC的B-端检测到充电电压后，便立即从3管脚OC输出高电平，FS8205A内的Q2导通，即锂电池的B-保护电路的P-通，充电器对锂电池充电，其电流回路如下：充电器正极→p＋→B＋→B-、FS8205A的6引脚、7引脚→FS8205A的8引脚→FS8205A的1脚→FS8205A的2、3脚→P-→充电器负极。
锂电池过充电保护，当锂电池通过充电IC充电时，随着充电时间的增加，锂电池两端的电压将逐渐升高。当锂电池电压升高到4.4V，即过充保护电压时，电压检测IC将判断锂电池已处于过充电状态，立即使3管脚OC的电压降到0V，FS8205A内的Q2因4引脚为低电平而截止，此时锂电池的B-极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即锂电池的充电回路被切断，停止充电。当保护电路的P＋与P-端接上放电负载后，虽然Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当锂电池两端电压低于4.3V，即过充保护恢复电压时，电压检测IC将退出过充电保护状态，3管脚OC重新输出高电平，Q2导通，即锂电池的B-端与保护电路P-端又重新接上，锂电池又能进行正常的充放电。
锂电池过流保护，电压检测IC通过接在2管脚CS和P-端之间的电阻R12实时检测N沟道场效应管上的压降。由于N沟道场效应管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时，MOS管的D、S极间就会产生压降，当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大。当该压降达到0.2V时，电压检测IC便判断负载电流到达了极限值，即放电过流检测电压，一般为0.15V，于是其1管脚OD电压降为0V，FS8205A内部的放电控制管Q1关闭，切断锂电池的放电回路。实现过电流保护。
该锂电池充放电保护电路在使用过程中可进行过充电保护和过流保护，可以解决过充、过放的问题，且可以很好地保护锂电池，适用范围广，可在产业上推广使用。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.新风控制器的锂电池充放电保护电路，其特征在于：该电路包括锂电池充电电路和锂电池保护电路，所述锂电池充电电路和锂电池保护电路通过锂电池连接。
2.根据权利要求1所述的新风控制器的锂电池充放电保护电路，其特征在于：所述锂电池充电电路与锂电池的正极电连接，所述锂电池保护电路与锂电池负极电连接。
3.根据权利要求1所述的新风控制器的锂电池充放电保护电路，其特征在于：所述锂电池充电电路包括第一电源输入端、第二电源输入端、电容E1、电容E2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R11、充电IC、MCU、LED1和LED2，所述充电IC的1管脚TEMP接地，所述充电IC的2管脚PROG与电阻R6的一端电连接，电阻R6的另一端接地，所述充电IC的3管脚GND接地，所述充电IC的4管脚为VCC端，VCC端的一端与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端与第一电源输入端的一端电连接，所述充电IC的4管脚、8管脚均和电阻R3的输出端电连接，所述充电IC的5管脚BAT的一端分别与电容E2的一端、锂电池的正极电连接，电容E2的另一端接地，所述充电IC的6管脚STDBY的一端与LED1的一端电连接，LED1的另一端与电阻R4的一端电连接，电阻R4的另一端与充电IC的VCC端电连接，所述充电IC的7管脚CHRG的一端与LED2的一端电连接，所述LED2的另一端与电阻R5的一端电连接，电阻R5的另一端与充电IC的VCC端电连接，所述充电IC的7管脚CHRG的一端还与电阻R11的一端电连接，电阻R11的另一端与MCU的IO口电连接，所述充电IC的8管脚与电阻R5的另一端电连接。
4.根据权利要求1所述的新风控制器的锂电池充放电保护电路，其特征在于：所述锂电池保护电路包括电压检测IC、FS8205A芯片、电容C6、电阻R12和电阻R13，所述电压检测IC的1管脚OD经过FS8205A的5引脚与Q2的栅极电连接，所述电压检测IC的2管脚CS与电阻R12的一端电连接，电阻R12的另一端接地，所述电压检测IC的3管脚OC通过FS8205A的4引脚与Q1的栅极电连接，所述电压检测IC的5管脚为VCC端，VCC端的一端与电阻R13的一端电连接，电阻R13的另一端与充电IC的5管脚BAT电连接，所述电压检测IC的6管脚GND分别与锂电池的正极和电容C6的一端电连接，所述电压检测IC的6管脚GND通过FS8205A的6引脚和7引脚与Q2的源极电连接，电容C6的另一端与充电IC的5管脚BAT电连接。
5.根据权利要求3所述的新风控制器的锂电池充放电保护电路，其特征在于：第一电源输入端的输入电压为5V。
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