CN107394851B - 充电器输出端短路快速保护电路及蓄电池充电器 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池充电器及用于蓄电池充电器的短路保护电路，该短路保护电路中，第一MOS开关管漏极与第一二极管阴极连接，第一二极管阳极与第一三极管发射极和第二三极管集电极连接，第一三极管基极耦合到电池电压保护控制端，第一三极管集电极与第二三极管栅极连接，第二三极管发射极耦合到第三三极管基极,第三三极管集电极与第二二极管和第三二极管阳极连接，第二二极管阴极与第二MOS开关管和第一MOS开关管栅极连接，第二MOS开关管漏极和第三三极管发射极与电池正极连接，第三二极管阴极耦合到第四MOS开关管栅极，第四MOS开关管漏极与第三MOS开关管栅极连接。采用该短路保护电路，当蓄电池充电器的输出端VOUT发生短路时，不会烧坏电池供电电路中的MOS开关管。

Description

充电器输出端短路快速保护电路及蓄电池充电器

技术领域

本发明涉及蓄电池充电器，尤其是蓄电池充电器电路系统的短路保护电路。

背景技术

铅酸蓄电池充电器电路系统用于UPS/EPS、应急灯、电动玩具/电动工具、控制系统、通信、医疗等领域。图1为铅酸蓄电池充电器的典型主电路图，整个电路系统包括EMI滤波器、延迟保护的开关电路、整流滤波电路、输入电压保护电路、PFC电路、PWM电路、PWM及PFC控制电路、变压器、12V/24V输出控制电路、整流滤波电路、反馈电路、直流电输出控制电路、充电控制电路、电池供电电路、中央处理器、12V/24V输出控制开关、输入电压检测电路、输出电压检测电路、电池电压检测电路、电池供电模式检测电路等。

如图3所示，在电池供电电路中没有短路保护电路100的情况下，当输出端VOUT无电压时，MOS开关管Q27的漏极相对连接在电池端子CN4的电池为低电位，MOS开关管Q27的的源极与MOS开关管Q29的的源极连接，MOS开关管Q27的栅极和MOS开关管Q29的栅极与MOS开关管Q31的漏极通过电阻R86连接，当中央处理器检测到输出端VOUT无电压的时候，电池电压保护控制端DIS CTL输出一个电压将MOS开关管Q31导通，接着MOS开关管Q27和MOS开关管Q29导通，连接电池端子CN4的电池就供电给输出端VOUT电池端子CN4。在使用中，当输出端VOUT发生短路时，输出端VOUT就为低电位，此时电路由连接电池端子CN4的电池供电，由于中央处理器的电池电压保护控制端DIS CTL的监控电压作为驱动信号电压已将MOS开关管Q27、Q31和Q29打开，MOS开关管Q27和Q29就相当于短路，因而容易烧坏MOS开关管Q27和Q29。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于蓄电池充电器的快速短路保护电路，避免烧坏电池供电电路中的MOS开关管。

本发明的另一目的在于提供一种具有该短路保护电路的蓄电池充电器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于蓄电池充电器的短路保护电路，所述蓄电池充电器包括电池供电电路，所述电池供电电路包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管、电池端子，所述第一MOS开关管的漏极与所述蓄电池充电器的电压输出端VOUT连接，所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的源极连接，所述第一MOS开关管的栅极与所述第二MOS开关管的栅极耦合到所述第三MOS开关管的漏极，所述第三MOS开关管的栅极耦合到所述蓄电池充电器的中央处理器的电池电压保护控制端，所述第三MOS开关管的源极接地，所述电池端子接入电池；

所述短路保护电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四MOS开关管，所述第一MOS开关管的漏极与所述第一二极管阴极连接，所述第一二极管阳极与所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的栅极连接，所述第二三极管的发射极耦合到第三三极管的基极,所述第三三极管的集电极与所述第二二极管阳极和所述第三二极管阳极连接，所述第二二极管阴极与所述第二MOS开关管的栅极和所述第一MOS开关管的栅极连接，所述第二MOS开关管的漏极和所述第三三极管的发射极与所述电池端子的正极连接，所述第三二极管阴极耦合到所述第四MOS开关管的栅极，所述第四MOS开关管的漏极与所述第三MOS开关管的栅极连接，所述第四MOS开关管的源极接地。

进一步地，所述第一MOS开关管的栅极与所述第二MOS开关管的栅极通过第二电阻连接所述第三MOS开关管的漏极，所述第一MOS开关管的栅极通过第三电阻连接所述第一MOS开关管的源极，所述第二MOS开关管的栅极通过稳压管连接所述第二MOS开关管的源极。

进一步地，所述第三MOS开关管的栅极和所述第四MOS开关管的漏极通过第一电阻连接所述中央处理器的电池电压保护控制端，所述第三MOS开关管的栅极通过第四电阻连接所述第三MOS开关管的源极。

进一步地，所述第一三极管的基极通过第五电阻连接中央处理器的电池电压保护控制端。

进一步地，所述第二三极管的基极通过第六电阻连接所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的发射极通过第七电阻连接所述第三三极管的基极，所述第三三极管的基极通过第八电阻连接所述第三三极管的发射极。

进一步地，所述第三二极管阴极通过第九电阻连接所述第四MOS开关管的栅极，并通过并联连接的第一电容与第十电阻连接所述第四MOS开关管的源极。

进一步地，所述第二MOS开关管的漏极与所述第三三极管的发射极通过PTC保险丝连接所述电池端子的正极。

一种蓄电池充电器，包括电池供电电路，所述电池供电电路包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管、电池端子，所述第一MOS开关管的漏极与电压输出端VOUT连接，所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的源极连接，所述第一MOS开关管的栅极与所述第二MOS开关管的栅极耦合到所述第三MOS开关管的漏极，所述第三MOS开关管的栅极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端，所述第三MOS开关管的源极接地，所述电池端子接入电池；

所述蓄电池充电器还包括如权利要求1至7任一项所述的短路保护电路。

进一步地，蓄电池充电器为铅酸蓄电池充电器。

在蓄电池充电器的直流电输出端采用本发明的短路保护电路，当蓄电池充电器的输出端VOUT发生短路时，不会烧坏电池供电电路中的MOS开关管，起到了良好的短路保护作用。

附图说明

图1为一种铅酸蓄电池充电器电路系统的示例性主电路图；

图2所示为具有本发明实施例的短路保护电路的铅酸蓄电池充电器电路系统；

图3为本发明一种实施例的电池供电电路和短路保护电路结构示意图，其中在虚线框内的部分为短路保护电路。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本领域技术人员应该理解，披露的概念和具体实施例可以很容易地被使用作为基础用来修改或设计其它结构以完成本发明的相同目的。本领域技术人员也应该认识到，这种等同的构造并没有偏移本发明的精神和范围。被认为是本发明特点的新颖性特征，其结构和运作方法，以及进一步的目的和优点，从以下的描述并结合附图将被更好地理解。但是，应该深刻地认识到，提供的每个特征都仅是为了描述和说明，而不是意在限制本发明的定义。

参阅图2至图3，在一种实施例中，一种蓄电池充电器，包括电池供电电路，所述电池供电电路包括第一MOS开关管Q27、第二MOS开关管Q29、第三MOS开关管Q31、电池端子CN4，所述第一MOS开关管Q27的漏极与电压输出端VOUT连接，所述第一MOS开关管Q27的源极与所述第二MOS开关管Q29的源极连接，所述第一MOS开关管Q27的栅极与所述第二MOS开关管Q29的栅极耦合到所述第三MOS开关管Q31的漏极，所述第三MOS开关管Q31的栅极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端DIS CTL，所述第三MOS开关管Q31的源极接地，所述电池端子CN4接入电池。如图3所示，本发明实施例的短路保护电路100包括第一二极管D28、第二二极管D29、第三二极管D30、第一三极管Q35、第二三极管Q32、第三三极管Q33、第四MOS开关管Q34，所述第一MOS开关管Q27的漏极与所述第一二极管D28阴极连接，所述第一二极管D28阳极与所述第一三极管Q35的发射极和所述第二三极管Q32的集电极连接，所述第一三极管Q35的基极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端DIS CTL，所述第一三极管Q35的集电极与所述第二三极管Q32的栅极连接，所述第二三极管Q32的发射极耦合到第三三极管Q33的基极,所述第三三极管Q33的集电极与所述第二二极管D29阳极和所述第三二极管D30阳极连接，所述第二二极管D29阴极与所述第二MOS开关管Q29的栅极和所述第一MOS开关管Q27的栅极连接，所述第二MOS开关管Q29的漏极和所述第三三极管Q33的发射极与所述电池端子CN4的正极BAT+连接，所述第三二极管D30阴极耦合到所述第四MOS开关管Q34的栅极，所述第四MOS开关管Q34的漏极与所述第三MOS开关管Q31的栅极连接，所述第四MOS开关管Q34的源极接地。

如图3所示，在优选实施例中，所述第一MOS开关管Q27的栅极与所述第二MOS开关管Q29的栅极通过第二电阻R86连接所述第三MOS开关管Q31的漏极，所述第一MOS开关管Q27的栅极通过第三电阻R87连接所述第一MOS开关管Q27的源极，所述第二MOS开关管Q29的栅极通过稳压管Z6连接所述第二MOS开关管Q29的源极。

如图3所示，在优选实施例中，所述第三MOS开关管Q31的栅极和所述第四MOS开关管Q34的漏极通过第一电阻R85连接所述中央处理器的电池电压保护控制端DIS CTL，所述第三MOS开关管Q31的栅极通过第四电阻R85A连接所述第三MOS开关管Q31的源极。

如图3所示，在优选实施例中，所述第一三极管Q35的基极通过第五电阻R132连接中央处理器的电池电压保护控制端。

如图3所示，在优选实施例中，所述第二三极管Q32的基极通过第六电阻R133连接所述第二三极管Q32的发射极，所述第二三极管Q32的发射极通过第七电阻R134连接所述第三三极管Q33的基极，所述第三三极管Q33的基极通过第八电阻R135连接所述第三三极管Q33的发射极。

如图3所示，在优选实施例中，所述第三二极管D30阴极通过第九电阻R136连接所述第四MOS开关管Q34的栅极，并通过并联连接的第一电容C54与第十电阻R137连接所述第四MOS开关管Q34的源极。该实施例中，第一电容C54与第十电阻R137组成积分电路。

如图3所示，在优选实施例中，所述第二MOS开关管Q29的漏极与所述第三三极管Q33的发射极通过PTC保险丝连接所述电池端子CN4的正极BAT+。

在另一种实施例中，一种蓄电池充电器，包括电池供电电路，所述电池供电电路包括第一MOS开关管Q27、第二MOS开关管Q29、第三MOS开关管Q31、电池端子CN4，所述第一MOS开关管Q27的漏极与电压输出端VOUT连接，所述第一MOS开关管Q27的源极与所述第二MOS开关管Q29的源极连接，所述第一MOS开关管Q27的栅极与所述第二MOS开关管Q29的栅极耦合到所述第三MOS开关管Q31的漏极，所述第三MOS开关管Q31的栅极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端DIS CTL，所述第三MOS开关管Q31的源极接地，所述电池端子CN4接入电池；所述蓄电池充电器还包括根据前述任一实施例的短路保护电路。

所述的蓄电池充电器可以是(但不限于)铅酸蓄电池充电器。

如图2所示，在典型的实施例中，蓄电池充电器可以包括EMI滤波器、延迟保护的开关电路、整流滤波电路、输入电压保护电路、PFC电路、PWM电路、PWM及PFC控制电路、变压器、12V/24V输出控制电路、整流滤波电路、反馈电路、直流电输出控制电路、充电控制电路、电池供电电路、中央处理器、12V/24V输出控制开关、输入电压检测电路、输出电压检测电路、电池电压检测电路、电池供电模式检测电路等。

图3显示本发明实施例的铅酸蓄电池充电器电路系统的输出部分的快速短路保护电路，该短路保护电路作为电池供电电路的一部分，连接于系统主电路中的直流电输出端。该快速短路保护电路主要用于在充电器输出端短路时，对MOS开关管Q27和Q29进行短路保护，其工作原理如下：

当输出端VOUT短路时，输出端VOUT为低电平，三极管Q35的发射极也为低电平，三极管Q35的基极与CPU的电池电压保护控制端DIS CTL连接，三极管Q35的集电极上有由电池施加的电压VBAT，形成工作状态。三极管Q35工作后，三极管Q32的基极电压被拉低，三极管Q32立即工作。与此同时，三极管Q33也工作，并分别强加一个电流到二极管D29和二极管D30，MOS开关管Q27和MOS开关管Q29的栅极为高电位而不能工作，达到保护MOS开关管Q27和MOS开关管Q29的效果。在二极管D30被强加电流后，给电容C54充电，当充电达到一定电压，如2V时，就会给MOS开关管Q34的栅极一个工作电压，MOS开关管Q34工作后，MOS开关管Q31在端子Q31-1即栅极的电压就会被拉低约2mS(因CPU的电池电压保护控制端DIS CTL监控到异常电压是响应时间为2毫秒)，CPU的电池电压保护控制端DIS CTL的监控电压就被拉低，使MOS开关管Q31不工作而达到保护作用。CPU接受到电池电压保护控制端DIS CTL异常电压信号，马上发出使整个电源停止工作控制信号。

在上述过程中，MOS开关管Q27和MOS开关管Q29是因为栅极为高电位而不能工作，因为强加一个电流到D29时，MOS开关管Q27和MOS开关管Q29的栅极为高电位，此时，三极管Q33为导通状态，所以MOS开关管Q27和MOS开关管Q29的栅极与源极电位基本相等。在上述过程中，MOS开关管Q31则是因为MOS开关管的栅极即在Q31-1端的电压被拉低而不工作。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。以上尽管已经详细描述了本发明及其优点，应该理解，在不偏移本发明的精神和范围内，可以做出各种变化、替换和更改。此外，本发明应用的范围并不限于在说明书里描述的过程、机器、制造、物质组成、方式、方法和步骤的特定实施例。应理解，可以做出进一步的修改，并且本申请文件意图涵盖大体上遵照本发明的原理的本发明的任何变体、应用，或者调整，并且包括本披露的此类扩展内容，即在本发明所涉及的领域内的已知的或者惯常的实践的范围内的、可以应用到上文提出的基本特征并且遵照所附权利要求书的范围的。并且，虽然上文描述了且具体实例化了本发明的某些优选实施例，但是这并非意图将本发明限制于此类实施例，并且任何此类的限制仅包含在所附的权利要求书中。

Claims (9)

1.一种用于蓄电池充电器的短路保护电路，所述蓄电池充电器包括电池供电电路，所述电池供电电路包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管、电池端子，所述第一MOS开关管的漏极与所述蓄电池充电器的电压输出端VOUT连接，所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的源极连接，所述第一MOS开关管的栅极与所述第二MOS开关管的栅极耦合到所述第三MOS开关管的漏极，所述第三MOS开关管的栅极耦合到所述蓄电池充电器的中央处理器的电池电压保护控制端，所述第三MOS开关管的源极接地，所述电池端子接入电池；

其特征在于，所述短路保护电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四MOS开关管，所述第一MOS开关管的漏极与所述第一二极管阴极连接，所述第一二极管阳极与所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极耦合到第三三极管的基极,所述第三三极管的集电极与所述第二二极管阳极和所述第三二极管阳极连接，所述第二二极管阴极与所述第二MOS开关管的栅极和所述第一MOS开关管的栅极连接，所述第二MOS开关管的漏极和所述第三三极管的发射极与所述电池端子的正极连接，所述第三二极管阴极耦合到所述第四MOS开关管的栅极，所述第四MOS开关管的漏极与所述第三MOS开关管的栅极连接，所述第四MOS开关管的源极接地。

2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述第一MOS开关管的栅极与所述第二MOS开关管的栅极通过第二电阻连接所述第三MOS开关管的漏极，所述第一MOS开关管的栅极通过第三电阻连接所述第一MOS开关管的源极，所述第二MOS开关管的栅极通过稳压管连接所述第二MOS开关管的源极。

3.如权利要求1或2所述的短路保护电路，其特征在于，所述第三MOS开关管的栅极和所述第四MOS开关管的漏极通过第一电阻连接所述中央处理器的电池电压保护控制端，所述第三MOS开关管的栅极通过第四电阻连接所述第三MOS开关管的源极。

4.如权利要求1至2任一项所述的短路保护电路，其特征在于，所述第一三极管的基极通过第五电阻连接中央处理器的电池电压保护控制端。

5.如权利要求1至2任一项所述的短路保护电路，其特征在于，所述第二三极管的基极通过第六电阻连接所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的发射极通过第七电阻连接所述第三三极管的基极，所述第三三极管的基极通过第八电阻连接所述第三三极管的发射极。

6.如权利要求1至2任一项所述的短路保护电路，其特征在于，所述第三二极管阴极通过第九电阻连接所述第四MOS开关管的栅极，并通过并联连接的第一电容与第十电阻连接所述第四MOS开关管的源极。

7.如权利要求1至2任一项所述的短路保护电路，其特征在于，所述第二MOS开关管的漏极与所述第三三极管的发射极通过PTC保险丝连接所述电池端子的正极。

8.一种蓄电池充电器，包括电池供电电路，所述电池供电电路包括第一MOS开关管、第二MOS开关管、第三MOS开关管、电池端子，所述第一MOS开关管的漏极与电压输出端VOUT连接，所述第一MOS开关管的源极与所述第二MOS开关管的源极连接，所述第一MOS开关管的栅极与所述第二MOS开关管的栅极耦合到所述第三MOS开关管的漏极，所述第三MOS开关管的栅极耦合到中央处理器的电池电压保护控制端，所述第三MOS开关管的源极接地，所述电池端子接入电池；

其特征在于，所述蓄电池充电器还包括如权利要求1至7任一项所述的短路保护电路。

9.如权利要求8所述的蓄电池充电器，其特征在于，为铅酸蓄电池充电器。