CN109450031A - 一种电池过放电保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池过放电保护电路，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、比较电路、开关电路和第一开关，第一二极管位于设备的电源输入端和电源输出端之间，比较电路的第一端与设备的电源输入端之间接有第三二极管，比较电路的第二端与设备的电源输出端之间接有第二二极管，比较电路的第三端与开关电路的第一端连接，开关电路的第二端经过第一开关接入电池的输出端，开关电路的第三端经过第二二极管后接入设备的电源输出端，比较电路在确定电源输入端的电压小于预设电压阈值后控制开关电路断开。通过比较电路比较电源输入端的电压实现触发电池放电以及过放电检测的效果，避免电池过渡放电，减少了电池损耗，提高了电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明实施例涉及模拟电子技术领域，尤其涉及一种电池过放电保护电路。
背景技术
电池广泛应用于消费类产品、通信设备和UPS电源等领域，而且在不同应用场景中使用方法不尽相同。在电路中，通常使用MOS管或继电器作为蓄电池开关，这种开关可以通过单片机或者其他控制电路控制通断，以达到保护电池的作用。大多数蓄电池集成了充放电保护电路、只有电池充满电或者电池基本完成放电的情况下电路才断开电池开关，以达到保护电池的目的。但是在实际应用中，需要在电池外部增加开关电路，保证能够随时开通或者关断电池。在电池的运输过程中，由于震动等环境因素的误操作，可能会导致电池进入放电状态，从而引起电路发热、火花等危险情况，因此也在使用电池的设备中增加额外的电池开关电路。目前，电池保护大多采用集成芯片和继电器电路，这些方法存在电路成本高、开关通断时间长等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电池过放电保护电路，用以解决运输过程中误开关导致电池电量放完的问题。
本发明实施例提供的一种电池过放电保护电路，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、比较电路、开关电路和第一开关；
所述第一二极管位于设备的电源输入端和电源输出端之间；
所述比较电路的第一端与所述设备的电源输入端之间接有所述第三二极管，所述比较电路的第二端与所述设备的电源输出端之间接有所述第二二极管，所述比较电路的第三端与所述开关电路的第一端连接；
所述开关电路的第二端经过所述第一开关接入电池的输出端，所述开关电路的第三端经过所述第二二极管后接入所述设备的电源输出端；
所述比较电路在确定所述电源输入端的电压小于预设电压阈值后控制所述开关电路断开。
上述技术方案，通过比较电路比较电源输入端的电压可以实现触发电池放电以及过放电检测的效果，避免了电池过渡放电，减少了电池损耗，提高了电池的使用寿命。
可选的，所述第一二极管的第一端与所述电源输出端连接，所述第一二极管的第二端与所述电源输入端连接；所述第二二极管的第一端与所述电源输出端连接，所述第二二极管的第二端与所述比较电路的第二端连接；所述第三二极管的第一端与所述比较电路的第一端连接，所述第三二极管的第二端与所述电源输入端连接。
可选的，所述比较电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和可调稳压源；
所述第一电阻的第一端为所述比较电路的第二端，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端分别与所述可调稳压源的第二端连接，所述第二电阻的第一端为所述比较电路的第一端，所述第三电阻的第一端和所述可调稳压源的第三端分别接地，所述可调稳压源的第一端为所述比较电路的第三端。
可选的，所述比较电路还包括控制电路；
所述控制电路包括三极管、第四电阻和第五电阻；
所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端接入所述设备的控制芯片的控制管脚，所述第四电阻的第二端与所述三极管的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述三极管的第二端连接后接地，所述三极管的第三端接入所述第二电阻的第二端。
可选的，所述三极管为NPN三极管。
可选的，所述可调稳压源为TL431可调稳压源。
可选的，所述开关电路包括MOS管、第六电阻和第七电阻；
所述第七电阻的第一端为所述开关电路的第一端，所述第七电阻的第二端和所述第六电阻的第二端分别与所述MOS管的第一端连接，所述第六电阻的第一端与所述MOS管的第三端连接后作为所述开关电路的第三端，所述MOS管的第二端为所述开关电路的第二端。
可选的，所述MOS管为PMOS管。
相应的，本发明实施例还提供了一种通信设备，包括上述电池过放电保护电路。
上述实施例表明，一种电池过放电保护电路，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、比较电路、开关电路和第一开关，第一二极管位于设备的电源输入端和电源输出端之间，比较电路的第一端与设备的电源输入端之间接有第三二极管，比较电路的第二端与设备的电源输出端之间接有第二二极管，比较电路的第三端与开关电路的第一端连接，开关电路的第二端经过第一开关接入电池的输出端，开关电路的第三端经过第二二极管后接入设备的电源输出端，比较电路在确定电源输入端的电压小于预设电压阈值后控制开关电路断开。通过比较电路比较电源输入端的电压可以实现触发电池放电以及过放电检测的效果，避免了电池过渡放电，减少了电池损耗，提高了电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电池过放电保护电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种比较电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种比较电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种开关电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电池过放电保护电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种电池过放电保护电路的结构，如图1所示，该电池过放电保护电路可以包括第一二极管100、第二二极管200、第三二极管300、比较电路400、开关电路500和第一开关600。
其中，第一二极管100位于设备的电源输入端VIN和电源输出端VOUT之间。比较电路400的第一端410与设备的电源输入端VIN之间接有第三二极管300，比较电路400的第二端420与设备的电源输出端VOUT之间接有第二二极管200，比较电路400的第三端430与开关电路500的第一端510连接。开关电路500的第二端520经过第二二极管200后接入设备的电源输出端VOUT，开关电路500的第三端530经过第一开关600接入电池的输出端。比较电路400在确定电源输入端VIN的电压小于预设电压阈值后控制开关电路500断开。该预设电压阈值可以依据经验进行设置。
上述三个二极管的连接关系可以为：第一二极管100的第一端110与电源输出端VOUT连接，第一二极管100的第二端120与电源输入端VIN连接；第二二极管200的第一端210与电源输出端VOUT连接，第二二极管200的第二端220与比较电路400的第二端420连接；第三二极管300的第一端310与比较电路400的第一端410连接，第三二极管300的第二端320与电源输入端VIN连接。
图2示出了上述图1中比较电路400的结构，该比较电路400可以包括第一电阻440、第二电阻450、第三电阻460和可调稳压源470。其中，第一电阻440的第一端441为比较电路400的第二端420，第一电阻440的第二端442、第二电阻450的第二端452和第三电阻460的第二端462分别与可调稳压源470的第二端472连接，第二电阻450的第一端451为比较电路400的第一端410，第三电阻460的第一端461和可调稳压源470的第三端473分别接地，可调稳压源470的第一端471为比较电路400的第三端410。
为了进一步更好的防止电池过放电，上述比较电路400还可以包括控制电路700，如图3所示的结构，该控制电路700可以包括三极管710、第四电阻720和第五电阻730。其中，第四电阻720的第一端721和第五电阻730的第一端731接入设备的控制芯片的控制管脚，第四电阻720的第二端722与三极管710的第一端711连接，第五电阻730的第二端732与三极管710的第二端712连接后接地，三极管710的第三端713接入第二电阻450的第二端452。
可选的，图4示例性的示出了上述图1中开关电路500的结构，该开关电路500可以包括MOS管540、第六电阻550和第七电阻560。其中，第七电阻560的第一端561为开关电路500的第一端510，第七电阻560的第二端562和第六电阻550的第二端552分别与MOS管540的第一端541连接，第六电阻550的第一端551与MOS管540的第三端543连接后作为开关电路500的第三端530，MOS管540的第二端542为开关电路500的第二端520。
需要说明的是，上述三极管710可以为NPN三极管，上述可调稳压源470可以为TL431可调稳压源，上述MOS管540可以为PMOS管，就是P型MOS管，本发明实施例仅是示例作用，对此不做具体限定，在实际应用中，可以使用相近的装置进行替换。
基于上述电池过放电保护电路的结构，当可调稳压源470的第二端472的电压大于2.5V时，第一端471的电压为2.5V，当可调稳压源470的第二端472的电压小于2.5V时，第一端471不吸取电流，第一端471的电压为电池电压。在工程应用上第一开关600始终是闭合的，当电源输入端VIN上电时，第二电阻450和第三电阻460组成分压电路，计算出电源输入端VIN的触发电压VT＝2.5/第三电阻460*(第二电阻450+第三电阻460)，电源输入端VIN的电压大于VT后，可调稳压源470的第一端471输出2.5V，使得MOS管540的存在电压差Ugs＝(VB-2.5)/(第六电阻550+第七电阻560)*第六电阻550，电池电压设为VB，MOS管540导通，此时第一电阻440、第二电阻450、第三电阻460组成分压电路，会提高可调稳压源470的第二端472的电位，可调稳压源470的第一端471输出不变。电源输入端VIN掉电后电压逐渐减小，当电源输入端VIN的电压小于电池电压VB后，电源输出端VOUT的输出由电池提供；当电源输入端VIN的电压小于2.5V后，第三二极管300的作用体现出来，此时第三二极管300处于截止状态，第二电阻450失效，第一电阻440、第二电阻450组成分压电路，故放电截止电压VC＝2.5/第三电阻460*(第一电阻440+第三电阻460)。当电池电压VB小于VC时，可调稳压源470的第一端471不吸取电流，MOS管540的Ugs为0V，MOS管540断开，从而断开给电源输出端VOUT的供电，这样就实现了过放电保护的功能。
进一步的，当电源输入端VIN的电压＝0V时，第一开关600闭合，可调稳压源470的第二端472输入为0V，可调稳压源470的第一端471不吸取电流，MOS管540的Ugs为0V，MOS管540关闭，VOUT不会有电流输出，从而实现了防误开关的功能。
进一步的，在具体图3中虚线部分的控制电路700结构后，该电池过放电保护电路还具体提前关闭电池供电的功能，控制信号可以是由设备的单片机的控制管脚或其它控制芯片的输出管脚发出的。该控制信号可以为高电平。
基于上述实施例，下面将通过具体的结构来描述电池过放电保护电路的结构，如图5所示的结构，该电池过放电保护电路可以包括三个二极管D1、D2、D3，可调稳压源TL431(D4)，外部开关K1，NPN三极管K2，PMOS管K3，电池B1，七个电阻R1～R7。也可以说是包括直接连接VIN网络和VOUT网络的二极管D1，连接PMOS管输出和VOUT网络的二极管D2，连接VIN网络和R2的二极管D3，可调稳压源TL431(D4)，连接到设备外部开关K1，放电控制的NPN三极管K2，锂电池放电开关PMOS管K3，内部供电电池B1，取样电阻R1、R2、R3，三极管K2的限流电阻R4，BAT_CTL网络的下拉电阻R5，偏压电阻R6、R7。
该电池过放电保护电路在运输过程中，VIN电压为0V，K1无论断开或者闭合，不会消耗电池电量，VOUT电压始终为0V，从而内部电路都不会工作。
该电池过放电保护电路正常工作时，K1闭合，电源网络VIN上电，触发TL431，导通MOS管K3，由于VIN大于电池电压VB，二极管D2截止。系统掉电时，VIN网络电压变成0V，二极管D1、D3截止，D2导通，VOUT由电池提供供电。电池电压降到预定值VC＝2.5/R3*(R1+R3)时，TL431的引脚1不吸取电流，MOS管Ugs为0V，MOS管断开，从而断开给VOUT的供电。
虚线部分电路具有提前关闭电池供电功能，BAT_CTL网络可直接连接单片机的控制管脚或其他控制芯片的输出管脚。值得注意的是，BAT_CTL网络要求上电时为低电平，否则可能出现电源VIN输入断电后，无法供电的情况。当然这部分的电路也可以不安装，此时就会导致电池电压达到设计的预期值时，才会断开K3。
具体的，利用TL431(D4)和电阻R1、R2、R3构成比较电路，以达到触发电池放电以及过放电检测的效果。R6、R7和P沟道MOS构成电池放电开关，由TL431的1脚输出控制。R6、R7构成了MOS管的偏压，选择合适的阻值，以适应不同的MOS管的参数要求。
进一步的，按照TL431的参数要求，可以忽略TL431的第2管脚的输入电流。当TL431的2脚电压大于2.5V时，输出引脚1为2.5V，当TL431的2脚电压小于2.5V时，输出引脚1不吸取电流，故为电池电压。在工程应用上K1始终是闭合的，当VIN上电时，R2、R3分压，计算出VIN的触发电压VT＝2.5/R3*(R2+R3)，VIN大于VT后，TL431输出2.5V，使得PMOS的存在电压差Ugs＝(VB-2.5)/(R6+R7)*R6，电池电压设为VB，PMOS管导通，此时R1、R2、R3组成分压网络，会提高TL431的2脚电位，TL431的输出不变。VIN掉电后电压逐渐减小，当VIN小于电池电压VB后，VOUT的输出由电池提供；当VIN小于2.5V后，D3的作用体现出来，此时D3处于截止状态，R2失效，R1、R2组成分压电路，故放电截止电压VC＝2.5/R3*(R1+R3)。当电池电压小于VC时，TL431的引脚1不吸取电流，MOS管Ugs为0V，MOS管断开，从而断开给VOUT的供电，这样就实现了过放电保护的功能。
进一步的，当VIN电压＝0V时，开关K1闭合，TL431的2脚输入为0V，TL431的1脚不吸取电流，MOS管Ugs为0V，MOS管关闭，VOUT不会有电流输出，从而实现了防误开关的功能。
与现有技术相比，本发明实施例提供的电池过放电保护电路同时具备了以下优势：避免了电池在运输过程中误开关操作；控制电池在特定的电压工作；可控制电池开关从而避免了电池过度放电。本发明实施例减少了电池损耗，提高了电池的使用寿命。本发明实施例提供的电池过放电保护电路成本较低，结构简单容易实现，稳定性高。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种通信设备，包括上述电池过放电保护电路。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种电池过放电保护电路，其特征在于，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、比较电路、开关电路和第一开关；
所述第一二极管位于设备的电源输入端和电源输出端之间；
所述比较电路的第一端与所述设备的电源输入端之间接有所述第三二极管，所述比较电路的第二端与所述设备的电源输出端之间接有所述第二二极管，所述比较电路的第三端与所述开关电路的第一端连接；
所述开关电路的第二端经过所述第二二极管后接入所述设备的电源输出端，所述开关电路的第三端经过所述第一开关接入电池的输出端；
所述比较电路在确定所述电源输入端的电压小于预设电压阈值后控制所述开关电路断开。
2.如权利要求1所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述第一二极管的第一端与所述电源输出端连接，所述第一二极管的第二端与所述电源输入端连接；所述第二二极管的第一端与所述电源输出端连接，所述第二二极管的第二端与所述比较电路的第二端连接；所述第三二极管的第一端与所述比较电路的第一端连接，所述第三二极管的第二端与所述电源输入端连接。
3.如权利要求1所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述比较电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和可调稳压源；
所述第一电阻的第一端为所述比较电路的第二端，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端分别与所述可调稳压源的第二端连接，所述第二电阻的第一端为所述比较电路的第一端，所述第三电阻的第一端和所述可调稳压源的第三端分别接地，所述可调稳压源的第一端为所述比较电路的第三端。
4.如权利要求3所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述比较电路还包括控制电路；
所述控制电路包括三极管、第四电阻和第五电阻；
所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端接入所述设备的控制芯片的控制管脚，所述第四电阻的第二端与所述三极管的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述三极管的第二端连接后接地，所述三极管的第三端接入所述第二电阻的第二端。
5.如权利要求4所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管。
6.如权利要求3所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述可调稳压源为TL431可调稳压源。
7.如权利要求1所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述开关电路包括MOS管、第六电阻和第七电阻；
所述第七电阻的第一端为所述开关电路的第一端，所述第七电阻的第二端和所述第六电阻的第二端分别与所述MOS管的第一端连接，所述第六电阻的第一端与所述MOS管的第三端连接后作为所述开关电路的第三端，所述MOS管的第二端为所述开关电路的第二端。
8.如权利要求7所述的电池过放电保护电路，其特征在于，所述MOS管为PMOS管。
9.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的电池过放电保护电路。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的电池过放电保护电路。
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