CN108233486A - 一种智能控制电源放电的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能控制电源放电的系统和方法，涉及控制放电的技术领域，包括微处理器、负载电路、电流监测电路、电压反馈电路：所述负载电路包括MOS管，所述MOS管被配置为放电的负载，MOS管的输入端被配置为接收待放电的电源的电压，MOS管的输出端与待放电的电源负极连接；所述电流监测电路,包括第一运算放大器，MOS管的输出端电流输入至第一运算放大器，第一运算放大器输出放大电压至微处理器的输入端；所述微处理器被配置为基于放大电压来生成PWM信号，并且基于所述放大电压来调节所述PWM信号。本产品可以应用在任何电池中，自动的控制放电，适用于需要电源放电、电流控制的应用场合。

Description

一种智能控制电源放电的系统和方法
技术领域
本发明涉及控制放电的技术领域，具体为一种智能控制电源放电的系统和方法。
背景技术
在某些应用领域，比如在航模用的电池中，电池经常需要大电流充电、大电流放电，所以电池在没有使用的情况下必须要放电到安全的存放电压，不然会产生电池鼓包、内阻加大的情况，大大缩短电池的使用寿命。
传统的办法，是需要通过用电阻、充电器等负载来放电，这种普通放电负载不可控的方法并不能实时监测到电池是否降到了安全电压，也不能智能控制电池的电压大小变化、电流大小变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能控制电源放电的系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能控制电源放电的系统，包括控制电路，其特征在于，控制电路包括微处理器、负载电路、电流监测电路、电压反馈电路：负载电路包括MOS管，MOS管被配置为放电的负载，MOS管的输入端被配置为接收待放电的电源的电压，MOS管的输出端与待放电的电源负极连接；电流监测电路,包括第一运算放大器，MOS管的输出端电流输入至第一运算放大器，第一运算放大器输出放大电压至微处理器的输入端；微处理器被配置为基于放大电压来生成PWM信号，并且基于放大电压来调节PWM信号；电压反馈电路，包括数模转换器，数模转换器用于将PWM信号转为模拟信号，模拟信号反馈至MOS管的G极。
优选的，所述电流监测电路还包括第一运算放大器，MOS管的输出端电流输入至第一运算放大器，第一运算放大器输出放大电压至微处理器的输入端。
优选的，还包括检测电路，检测电路的输入包括待放电的电源电压、MOS管的输出端电流，输出至包括微处理器的输入端。
优选的，电压反馈电路还包括第二运算放大器，第二运算放大器接入模拟信号，输出至MOS管的G极。
优选的，控制电路还包括显示屏，显示屏用于显示实时检测到的包括由电源电压的大小变化、MOS管的输出端电流的大小变化、串联电源中各单个电源的电压、电路的工作状态所组成的群组中的任意组合。
一种应用在上述电路中的智能控制电源放电的方法，包括下列步骤：
S1:将待放电的电源电压接入控制电路，电压转换器将电源电压转换为微处理器、运算放大器的工作电压,待放电的电源电压接在MOS管的输入端和MOS管的输出端之间；
S2:MOS管的输出端电流与电阻R11串联生成MOS管的输出端电压，经第一运算放大器放大，输出一个监测电压至微处理器；
S3:微处理器监测电压按照程序生成一个具有占空比的PWM信号，程序根据监测电压的大小来调节PWM信号的占空比大小；
S4:PWM信号经过数模转换器转换为模拟信号，得到相应的模拟电压信号；
S5:模拟电压信号经第二运算放大器放大，反馈至MOS管的G极。
优选的，还包括步骤S6，MOS管因接入待放电的电源电压正常工作后，MOS管的G极电压逐渐提高，检测电路实时检测MOS管的输出端电流和电源电压的大小。
优选的，还包括步骤S61，当MOS管的输出端电流达到预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比保持不变，进而来保持MOS管的G极电压稳定，进而保持MOS管的输出端电流稳定。
优选的，还包括步骤S62，当检测电路检测到MOS管的输出端电流超过预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比减小，进而调低MOS管的G极电压，进而促使MOS管的输出端电流下降，直至MOS管的输出端电流下降至预设阈值，返回步骤S7。
优选的，还包括步骤S7，当检测电路检测到待放电的电源电压降到了安全电压以下，检测电路将该信号输入至微处理器，微处理器的程序停止输出PWM信号，进而停止放电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是通过监测MOS管的输出端电流，来控制MOS管的门极电压，通过MOS管作为负载来放电。本发明可以应用在需要放电的任何电池中，自动的控制放电，确保电池电压控制在安全电压以下，体验更人性化、智能化。控制电路可实时监测到电池是否降到了安全电压以下、也可以智能控制电池的电压大小变化、也可以控制放电电流的大小变化，更智能，更便携。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为PWM波的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种智能控制电源放电的系统和方法。
智能控制电源放电的系统包括控制电路，其特征在于，控制电路包括微处理器、负载电路、电流监测电路、电压反馈电路：负载电路包括MOS管，MOS管被配置为放电的负载，MOS管的输入端被配置为接收待放电的电源的电压，MOS管的输出端与待放电的电源负极连接；电流监测电路,包括第一运算放大器，MOS管的输出端电流输入至第一运算放大器，第一运算放大器输出放大电压至微处理器的输入端；微处理器被配置为基于放大电压来生成PWM信号，并且基于放大电压来调节PWM信号；电压反馈电路，包括数模转换器，数模转换器用于将PWM信号转为模拟信号，模拟信号反馈至MOS管的G极。
控制电路还包括电压转换器、检测电路、显示屏，用于将待放电的电源电压转换为微处理器、运算放大器的工作电压；检测电路的输入包括待放电的电源电压、MOS管的输出端电流、串联电源中各单个电源的电压，输出至包括微处理器的输入端；显示屏用于显示实时检测到的包括由电源电压的大小变化、MOS管的输出端电流的大小变化、电路的工作状态所组成的群组中的任意组合。电压反馈电路还包括第二运算放大器，第二运算放大器接入模拟信号，输出至MOS管的G极。
在实际应用中，MOS管可采用P沟道MOS管，也可以是N沟道MOS管。若为P沟道MOS管，则S极作为MOS管的输入端，待放电的电源电压接在S极，D极作为MOS管的输出端；若为N沟道MOS管，则D极作为MOS管的输入端，待放电的电源电压接在D极，S极作为MOS管的输出端。运算放大器也可采用反转放大器和非反转放大器，可以是分立的器件，也可以是半导体芯片，只要能够实现放大功能即可。
智能控制电源放电的方法包括下列步骤：
S1:将待放电的电源电压接入控制电路，电压转换器将电源电压转换为微处理器、运算放大器的工作电压,待放电的电源电压接在MOS管的输入端和MOS管的输出端之间；
S2:MOS管的输出端电流与电阻R11串联生成MOS管的输出端电压，经第一运算放大器放大，输出一个监测电压至微处理器；
S3:微处理器监测电压按照程序生成一个具有占空比的PWM信号，程序根据监测电压的大小来调节PWM信号的占空比大小；
S4:PWM信号经过数模转换器转换为模拟信号，得到相应的模拟电压信号；
S5:模拟电压信号经第二运算放大器放大，反馈至MOS管的G极。
优选的，还包括步骤S6，MOS管因接入待放电的电源电压正常工作后，MOS管的G极电压逐渐提高，检测电路实时检测MOS管的输出端电流和电源电压的大小。
优选的，还包括步骤S61，当MOS管的输出端电流达到预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比保持不变，进而来保持MOS管的G极电压稳定，进而保持MOS管的输出端电流稳定。
优选的，还包括步骤S62，当检测电路检测到MOS管的输出端电流超过预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比减小，进而调低MOS管的G极电压，进而促使MOS管的输出端电流下降，直至MOS管的输出端电流下降至预设阈值，返回步骤S7。
优选的，还包括步骤S7，当检测电路检测到待放电的电源电压降到了安全电压以下，检测电路将该信号输入至微处理器，微处理器的程序停止输出PWM信号，进而停止放电。
实施例：如图1所示，在本实施例中运算放大器采用非反转放大器，MOS管采用N沟道MOS管,微处理器采用单片机。
为了监测MOS管Q1中的S极输出端电流，需要用电阻R11来产生压降，因为MOS管Q1中的S极输出端电流为几安培左右，从功率、电压、电流的通用公式，得到R11的阻值必然需要很小，才能使功率减小，进而因此得到的电压值Vi1很小，也就是非反转运算放大器同相输入端的电压Vi1,，所以需要第一运算放大器来将电压放大，在非反转放大器的同相输入端上形成一个输入电压Vi1，输入在非反转放大器的同相输入端，也就是图2中IC2B的引脚5上，通过第一运算放大器将Vi1进行放大。通过非反转放大器的放大作用，得到一个输出电压Vo1。其中的放大公式为Vo1＝[(R9+R8)/R9]*Vi1。输出电压Vo1输入至微处理器，也就是单片机内。
单片机内设有程序，根据输出电压Vo1的电压大小来实时调节控制生成的PWM波的占空比D，PWM波为脉冲宽度可调制信号，其波形和占空比如图2所示，占空比是指在一个脉冲周期内，通电时间相对于总时间所占的比例，也就是高电平相对于整个周期的比例，如图2所示D为占空比。例如：当Vo1的电压为0.04V时，生成60％的占空比。PWM波信号的占空比是根据Vo1电压、MOS管的VGS(th)和MOS管的Safe operating area曲线中的数据来计算的。例如：电源电压为25V，根据MOS管的Safe operating area曲线中可得知，25V的电源电压对应的MOS管可承受电流为2A，同时MOS管的VGS(th)为2～4V。则本发明开始工作后，占空比逐渐提升，使MOS管的门极电压从2V逐渐上升，MOS管的S极输出端的放电电流也会逐渐上升，当检测到该放电电流上升到2A时，占空比则不继续上升，使放电电流稳定在2A。
PWM波输出后进入R1、R2、C1组成的T型滤波器，在这个过程中，T型滤波器作为一个将数字信号转换为模拟信号的DA转换器，将数字的PWM波转换为模拟信号，得到相应的电压信号Vi2，输入进第二运算放大器，也是非反转放大器IC2A的同相输入端，再经过非反转放大器IC2A的运算公式，得到输出电压Vo2，其中的运算公式为Vo2＝[(R5+R10)/R10]*Vi2。
输出电压Vo2经过电阻R4的消耗再得到电压MOS_G，反馈至MOS管的G极，也就是MOS管的门极电压。至此，就实现了通过监测MOS_S点位的电流，来控制MOS_G的门极电压的一个循环。
在多个放电循环中，还包括以下步骤：
步骤S6：MOS管因接入待放电的电源电压正常工作后，MOS管的G极电压逐渐提高，检测电路实时检测MOS管的输出端电流和电源电压的大小。
步骤S61：当MOS管的输出端电流达到预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比保持不变，进而来保持MOS管的G极电压稳定，进而保持MOS管的输出端电流稳定。
步骤S62：当检测电路检测到MOS管的输出端电流超过预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比减小，进而调低MOS管的G极电压，进而促使MOS管的输出端电流下降，直至MOS管的输出端电流下降至预设阈值，返回步骤S7。
步骤S7：当检测电路检测到待放电的电源电压降到了安全电压以下，检测电路将该信号输入至微处理器，微处理器的程序停止输出PWM信号，MOS管的G电压下降到截止电压就停止工作，进而整个控制电路停止放电，此时也放电到了安全电压，微处理器的程序控制整个系统断电。
在这个实施例中，检测电路为现有技术，即检测电路的检测项目包括待放电的电源电压、MOS管的输出端电流，输出端连接至微处理器，所以检测电路的输入端需要接入电压转换器、MOS管的输出端。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种智能控制电源放电的系统，包括控制电路，其特征在于，所述控制电路包括微处理器、负载电路、电流监测电路、电压反馈电路：
所述负载电路包括MOS管，所述MOS管被配置为放电的负载，MOS管的输入端被配置为接收待放电的电源的电压，MOS管的输出端与待放电的电源负极连接；
所述电流监测电路,MOS管的输出端电流输入至微处理器的输入端；
所述微处理器被配置为基于输入信号来生成PWM信号，并且基于所述放大电压来调节所述PWM信号；
所述电压反馈电路，包括数模转换器，数模转换器用于将PWM信号转为模拟信号，所述模拟信号反馈至MOS管的G极。
2.根据权利要求1所述的智能控制电源放电的系统，其特征在于，所述电流监测电路还包括第一运算放大器，MOS管的输出端电流输入至第一运算放大器，第一运算放大器输出放大电压至微处理器的输入端。
3.根据权利要求1所述的智能控制电源放电的系统，其特征在于，还包括检测电路，检测电路的输入包括待放电的电源电压、MOS管的输出端电流，输出至包括微处理器的输入端。
4.根据权利要求1所述的智能控制电源放电的系统，其特征在于，所述电压反馈电路还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器接入微处理器的PWM信号所产生的模拟信号，输出至MOS管的G极。
5.根据权利要求1所述的智能控制电源放电的系统，其特征在于，所述控制电路还包括显示屏，显示屏用于显示实时检测到的包括由电源电压的大小变化、MOS管的输出端电流的大小变化、串联电源中各单个电源的电压、电路的工作状态所组成的群组中的任意组合。
6.一种应用在如权利要求1-5所述的智能控制电源放电的系统和方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1:将待放电的电源电压接入控制电路，电压转换器将电源电压转换为微处理器、运算放大器的工作电压,待放电的电源电压接在MOS管的输入端和MOS管的输出端之间；
S2:MOS管的输出端电流与电阻R11串联生成MOS管的输出端电压，经第一运算放大器放大，输出一个监测电压至微处理器；
S3:微处理器根据监测电压按照程序生成一个具有占空比的PWM信号，所述程序根据监测电压的大小来调节PWM信号的占空比大小；
S4:所述PWM信号经过数模转换器转换为模拟信号，得到相应的模拟电压信号；
S5:所述模拟电压信号经第二运算放大器放大，反馈至MOS管的G极。
7.根据权利要求6所述的智能控制电源放电的方法，其特征在于，还包括步骤S6，MOS管因接入待放电的电源电压正常工作后，MOS管的G极电压逐渐提高，检测电路实时检测MOS管的输出端电流和电源电压的大小。
8.根据权利要求7所述的智能控制电源放电的方法，其特征在于，还包括步骤S61，当MOS管的输出端电流达到预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比保持不变，进而来保持MOS管的G极电压稳定，进而保持MOS管的输出端电流稳定。
9.根据权利要求8所述的智能控制电源放电的方法，其特征在于，还包括步骤S62，当检测电路检测到MOS管的输出端电流超过预设阈值，微处理器的程序控制输出的PWM信号的占空比减小，进而调低MOS管的G极电压，进而促使MOS管的输出端电流下降，直至MOS管的输出端电流下降至预设阈值，返回步骤S7。
10.根据权利要求9所述的智能控制电源放电的方法，其特征在于，还包括步骤S7，当检测电路检测到待放电的电源电压降到了安全电压以下，检测电路将该信号输入至微处理器，微处理器的程序停止输出PWM信号，进而停止放电。
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