CN109950961B - 一种单双向开关电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种单双向开关电路及其控制方法，包括驱动电路、二极管、锂电池、发电机和开关管电路，通过设置开关电路，将两个以上的所述晶体管相互并联连接，能够提升控制锂电池回路电流的方向的反应时间；将驱动电路与外设的控制信号连接，能够对锂电池的回路电流方向进行判定，并且能够使开关电路工作在双控制模式下。通过本方案设计的单双向开关电路在外接的控制信号为双向信号时，还具有锂电池的回路反向电流的过流保护功能。

Description

一种单双向开关电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种单双向开关电路及其控制方法。

背景技术

锂电池产业作为一个朝阳产业，拥有着广阔的市场前景，当今全球电子信息产业中，移动通信、手提电脑、数码相机已经成为发展最快的三个行业。锂电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长，自放电率低、无记忆效应等优点，但是在锂电池动力系统中存在锂电充放电保护问题，因为在过低温条件下，锂电池严禁充电，但可以放电，因此会存在锂电池回路电流方向控制问题和动力锂电池电流过大问题。早期锂电电流控制通断均采用继电器切换，由于继电器触头通断有寿命而且接触电阻变化大，在通断过程中出现火花容易损坏而且不安全，采用电子开关(例如MOS管或IGBT)是一种可靠的电流切换方式，但是电子开关必须有可靠的通断控制及可靠的过流保护电路才能够安全地工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种单双向开关电路及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：

一种单双向开关电路，包括驱动电路、二极管、锂电池、发电机和开关管电路，所述开关管电路包括两个以上的晶体管，两个以上的所述晶体管相互并联连接；

所述锂电池的正极分别与所述二极管的阳极和两个以上的晶体管相互并联连接后的漏极电连接，所述锂电池的负极与所述发电机的负极电连接，所述二极管的阴极分别与所述驱动电路、发电机的正极和两个以上的晶体管相互并联连接后的源极电连接，所述两个以上的晶体管相互并联连接后的栅极与所述驱动电路电连接，所述驱动电路与外设的控制信号电连接。

本发明采用的第二种技术方案为：

一种单双向开关电路的控制方法，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的回路电流值，并接收控制信号；

S2、判断步骤S1所采集到的锂电池的回路电流值是否为正数；

S3、若否，则判断接收控制信号的类型；

若接收控制信号为单向信号，则开关管电路的所有晶体管关闭；

若接收控制信号为双向信号，则开关管电路的所有晶体管开通。

本发明的有益效果在于：

通过设置开关电路，将两个以上的所述晶体管相互并联连接，能够提升控制锂电池回路电流的方向的反应时间；将驱动电路与外设的控制信号连接，能够对锂电池的回路电流方向进行判定，并且能够使开关电路工作在双控制模式下。通过本方案设计的单双向开关电路在外接的控制信号为双向信号时，还具有锂电池的回路反向电流的过流保护功能；不但能够可靠地切换电流，并且可控制在不同电流点进行切换，优化控制方式，例如：在锂电低温状态下DSP控制充电电流切换，当锂电温度回升后可以控制在不同温度下可控电流充电。

附图说明

图1为根据本发明的一种单双向开关电路的电路图；

图2为根据本发明的一种单双向开关电路的实施例二的电路图；

图3为根据本发明的一种单双向开关电路的整体电路图；

图4为根据本发明的一种单双向开关电路的控制方法的步骤流程图；

标号说明：

1、驱动电路；2、锂电池；3、发电机；4、开关管电路；5、管压降采样电路；D1、二极管。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：通过驱动电路、二极管、锂电池、发电机和开关管电路之间的配合，解决锂电充放电保护问题。

请参照图1至图3，本发明提供的一种技术方案：

一种单双向开关电路，包括驱动电路、二极管、锂电池、发电机和开关管电路，所述开关管电路包括两个以上的晶体管，两个以上的所述晶体管相互并联连接；

所述锂电池的正极分别与所述二极管的阳极和两个以上的晶体管相互并联连接后的漏极电连接，所述锂电池的负极与所述发电机的负极电连接，所述二极管的阴极分别与所述驱动电路、发电机的正极和两个以上的晶体管相互并联连接后的源极电连接，所述两个以上的晶体管相互并联连接后的栅极与所述驱动电路电连接，所述驱动电路与外设的控制信号电连接。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

通过设置开关电路，将两个以上的所述晶体管相互并联连接，能够提升控制锂电池回路电流的方向的反应时间；将驱动电路与外设的控制信号连接，能够对锂电池的回路电流方向进行判定，并且能够使开关电路工作在双控制模式下。通过本方案设计的单双向开关电路在外接的控制信号为双向信号时，还具有锂电池的回路反向电流的过流保护功能；不但能够可靠地切换电流，并且可控制在不同电流点进行切换，优化控制方式，例如：在锂电低温状态下DSP控制充电电流切换，当锂电温度回升后可以控制在不同温度下可控电流充电。

进一步的，还包括管压降采样电路，所述管压降采样电路分别与所述二极管的阳极、二极管的阴极和驱动电路电连接。

由上述描述可知，管压降采样保护电路简单、成本低、响应速度快，其响度可以达到100ns级别。

进一步的，所述控制信号为单向信号或双向信号。

由上述描述可知，在控制信号为单向信号时，即电流只能正方向流动，不能反向流动，锂电池的回路电流在0到正向流动或负向到正向流动，可通过设置延迟时间用来防止开关管电路发生振荡；在控制信号为双向信号时，开关管电路始终处于开通状态，锂电池的回路电流能够正向或者反向流动。

进一步的，所述晶体管的数量为2-6个。

进一步的，所述晶体管为MOS管或IGBT管。

由上述描述可知，MOS管目前在低压范围使用，例如：100V内阻可以做到1毫欧等级，经过100A电流才10W，多个MOS并联可以实现低功耗高效的电子开关。IGBT用于高压(300V-1000V)原理与MOS类似，目前工艺集电极电压V_CE也可以做到1.5V左右，都是高效的电子开关(工作频率＞5KHz)。

请参照图4，本发明提供的另一种技术方案：

一种单双向开关电路的控制方法，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的回路电流值，并接收控制信号；

S2、判断步骤S1所采集到的锂电池的回路电流值是否为正数；

S3、若否，则判断接收控制信号的类型；

若接收控制信号为单向信号，则开关管电路的所有晶体管关闭；

若接收控制信号为双向信号，则开关管电路的所有晶体管开通。

进一步的，步骤S3还包括：

若是，则开关管电路的所有晶体管开通。

进一步的，还包括：

预设第一限流值和第二限流值，第一限流值小于第二限流值且第一限流值和第二限流值均为负数；

在接收控制信号为双向信号且锂电池的回路电流值为负数时，分别比较锂电池的回路电流值与所述第一限流值和第二限流值的大小；

若所述回路电流值大于所述第一限流值且小于所述第二限流值，则开关管电路的所有晶体管关闭；

若所述回路电流值大于所述第二限流值，则开关管电路的所有晶体管开通。

从上述描述可知，在开关电路工作在双向信号模式下时，能够保护锂电池的回路负向电流，防止出现过流情况；第一限流值与第二限流值主要用来保护晶体管可靠工作，不会进入高频振荡状态，并且与延迟开关时间配合以可靠的通断电子开关。

请参照图1和图3，本发明的实施例一为：

一种单双向开关电路，包括驱动电路1、二极管D1、锂电池2、发电机3和开关管电路4，所述开关管电路4包括两个以上的晶体管，两个以上的所述晶体管相互并联连接；

所述锂电池2的正极分别与所述二极管D1的阳极和两个以上的晶体管相互并联连接后的漏极电连接，所述锂电池2的负极与所述发电机3的负极电连接，所述二极管的阴极分别与所述驱动电路1、发电机3的正极和两个以上的晶体管相互并联连接后的源极电连接，所述两个以上的晶体管相互并联连接后的栅极与所述驱动电路1电连接，所述驱动电路1与外设的控制信号电连接。

所述驱动电路1包括第一三极管、第二三极管和集成芯片，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极电连接，所述集成芯片分别与所述第一三极管的集电极和第一三极管的集电极电连接。

请参照图2和图3，本发明的实施例二为：

实施例二与实施例一的区别在于：还包括管压降采样电路5，所述管压降采样电路5分别与所述二极管的阳极、二极管的阴极和驱动电路1电连接。

所述控制信号为单向信号或双向信号。

所述晶体管的数量为2-6个，优选为4个。

所述晶体管为MOS管或IGBT管。

所述管压降采样电路5包括放大比较器和电子开关，所述放大比较器与所述电子开关电连接。

请参照图4，本发明的实施例三为：

一种单双向开关电路的控制方法，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的回路电流值，并接收控制信号；具体为，采集锂电池2的回路电流值，并接收控制信号，即单向信号或双向信号；

S2、判断步骤S1所采集到的锂电池2的回路电流值是否为正数；

S3、若否，则判断接收控制信号的类型；具体为，若所采集到的锂电池2的回路电流值不为正数，则判断接收控制信号的类型；

若接收控制信号为单向信号，则开关管电路4的所有晶体管关闭；

若接收控制信号为双向信号，则开关管电路4的所有晶体管开通。

若是，则开关管电路4的所有晶体管开通。

在接收控制信号为单向信号且锂电池2的回路电流值为负数时，可设置延迟时间，该延迟时间可在10-100ms左右调节。

预设第一限流值和第二限流值，第一限流值小于第二限流值且第一限流值和第二限流值均为负数；

在接收控制信号为双向信号且锂电池2的回路电流值为负数时，分别比较锂电池2的回路电流值与所述第一限流值和第二限流值的大小；

若所述回路电流值大于所述第一限流值且小于所述第二限流值，则开关管电路4的所有晶体管关闭；

若所述回路电流值大于所述第二限流值，则开关管电路4的所有晶体管开通。

可设回路电流值为X，第一限流值为-3A，第二限流值为-1A；

若-3<X<-1，则开关管电路的所有晶体管关闭；

若X>-1，则开关管电路的所有晶体管开通。

综上所述，本发明提供的一种单双向开关电路及其控制方法，通过设置开关电路，将两个以上的所述晶体管相互并联连接，能够提升控制锂电池回路电流的方向的反应时间；将驱动电路与外设的控制信号连接，能够对锂电池的回路电流方向进行判定，并且能够使开关电路工作在双控制模式下。通过本方案设计的单双向开关电路在外接的控制信号为双向信号时，还具有锂电池的回路反向电流的过流保护功能；不但能够可靠地切换电流，并且可控制在不同电流点进行切换，优化控制方式，例如：在锂电低温状态下DSP控制充电电流切换，当锂电温度回升后可以控制在不同温度下可控电流充电。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种单双向开关电路，其特征在于，包括驱动电路、二极管、锂电池、发电机和开关管电路，所述开关管电路包括两个以上的晶体管，两个以上的所述晶体管相互并联连接；

所述锂电池的正极分别与所述二极管的阳极和两个以上的晶体管相互并联连接后的漏极电连接，所述锂电池的负极与所述发电机的负极电连接，所述二极管的阴极分别与所述驱动电路、发电机的正极和两个以上的晶体管相互并联连接后的源极电连接，所述两个以上的晶体管相互并联连接后的栅极与所述驱动电路电连接，所述驱动电路与外设的控制信号电连接；

所述驱动电路包括第一三极管、第二三极管和集成芯片，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极电连接，所述集成芯片分别与所述第一三极管的集电极和第一三极管的集电极电连接。

2.根据权利要求1所述的单双向开关电路，其特征在于，还包括管压降采样电路，所述管压降采样电路分别与所述二极管的阳极、二极管的阴极和驱动电路电连接。

3.根据权利要求1所述的单双向开关电路，其特征在于，所述控制信号为单向信号或双向信号。

4.根据权利要求1所述的单双向开关电路，其特征在于，所述晶体管的数量为2-6个。

5.根据权利要求1所述的单双向开关电路，其特征在于，所述晶体管为MOS管或IGBT管。

6.一种权利要求1-5任意一项所述单双向开关电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集锂电池的回路电流值，并接收控制信号；

S2、判断步骤S1所采集到的锂电池的回路电流值是否为正数；

S3、若否，则判断接收控制信号的类型；

若接收控制信号为单向信号，则开关管电路的所有晶体管关闭；

若接收控制信号为双向信号，则开关管电路的所有晶体管开通。

7.根据权利要求6所述的单双向开关电路的控制方法，其特征在于，步骤S3还包括：

若是，则开关管电路的所有晶体管开通。

8.根据权利要求6所述的单双向开关电路的控制方法，其特征在于，还包括：

预设第一限流值和第二限流值，第一限流值小于第二限流值且第一限流值和第二限流值均为负数；

在接收控制信号为双向信号且锂电池的回路电流值为负数时，分别比较锂电池的回路电流值与所述第一限流值和第二限流值的大小；

若所述回路电流值大于所述第一限流值且小于所述第二限流值，则开关管电路的所有晶体管关闭；

若所述回路电流值大于所述第二限流值，则开关管电路的所有晶体管开通。