CN110829517A - 双向充放电的电源线以及双向充放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向充放电的电源线以及双向充放电电路，电源线包括：第一接口、第二接口、若干传输线以及辅助检测电路；辅助检测电路包括第一分压元件和第一开关元件；所述第一接口通过若干传输线与所述第二接口电连接，若干传输线之一还连接接地端；第二接口还包括一控制端，控制端与第一开关元件的第一端、第一分压元件的第一端电连接。本发明提供的技术方案，具有以下优点：通过在电源线的第二接口设置一控制端，控制端与地之间还电连接有按键，通过按按键产生低电平信号，控制芯片接收该低电平信号后，通过若干开关的配合用于切换电源线至充电或放电状态，使得不用切换电源线和接口就能够完成电池的充电与放电过程之间的转换。

Description

双向充放电的电源线以及双向充放电电路

技术领域

本发明涉及电工电路技术领域，尤其涉及双向充放电的电源线以及双向充放电电路。

背景技术

现有的直流电源线通常只有单向充电功能，并且电源线上无控制按键，不能实现双向的充放电功能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供双向充放电的电源线以及双向充放电电路，可以使电源线具有双向充放电的功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种电源线，用于与外部的直流电源和电池电连接，所述电源线包括：第一接口、第二接口、若干传输线以及辅助检测电路；所述辅助检测电路包括第一分压元件和第一开关元件；

所述第一接口通过若干传输线与所述第二接口电连接，若干传输线之一还连接接地端；

所述第二接口包括一控制端，所述控制端分别与第一开关元件的第一端、第一分压元件的第一端电连接；

所述第一开关元件的第二端与接地端电连接；

所述第一分压元件的第二端与接地端电连接。

可选地，所述第一开关元件为按键，所述按键用于在被持续按压后产生低电平信号。

可选地，每次持续按压的时间至少为两秒。

本发明还提供了一种双向充放电电路，包括电源线、第三接口、电池以及保护电路，所述双向充放电电路与所述电源线通过第三接口电连接，所述双向充放电电路包括依次电连接的检测电路和控制电路，所述电源线采用上述电源线；所述检测电路包括检测芯片、接口检测电路、输入/输出口电压检测电路以及电池电压检测电路，所述接口检测电路与所述检测芯片电连接、以用于检测是否有电源线接入第三接口，所述输入/输出口电压检测电路与所述检测芯片电连接、以用于检测输入/输出口电压的数值，所述电池电压检测电路与所述检测芯片电连接、以用于检测电池电压的数值，所述保护电路与所述电池电连接。

可选地，所述接口检测电路包括第二分压元件，所述第二分压元件的第一端与工作电压连接，所述第二分压元件的第二端分别与所述电源线的控制端、所述检测芯片的第一检测端电连接、以通过检测芯片检测是否有电源线连接；

所述输入/输出口电压检测电路包括第三分压元件、第四分压元件以及第一滤波元件；

所述第三分压元件的第一端与输入/输出口的电压端电连接，所述第三分压元件的第二端与第一滤波元件的第一端、第四分压元件的第一端以及检测芯片的第二检测端电连接，所述第一滤波元件的第二端、第四分压元件的第二端均连接接地端。

可选地，所述电池电压检测电路包括第五分压元件、第六分压元件以及第二滤波元件；

所述第五分压元件的第一端与电池的正极电连接，所述第五分压元件的第二端与所述第六分压元件的一端、第二滤波元件的一端以及检测芯片的第三检测端电连接，所述第六分压元件的第二端、第二滤波元件的第二端均连接接地端。

可选地，所述控制电路包括控制芯片、第二开关元件、第三开关元件以及若干输出电路，所述电源线与所述电池通过所述控制芯片、所述第二开关元件以及所述第三开关元件电连接，所述控制芯片与若干输出电路电连接、以通过若干输出电路形成不同档级的电流输出端口；

所述控制芯片包括第一控制端，所述第一控制端与所述检测芯片电连接，所述控制芯片与所述按键电连接，通过按下按键切换所述电源线电流的传输方向。

可选地，若干输出电路包括与所述控制芯片输出端连接的第一降压电路和第二降压电路；

所述第一降压电路和所述第二降压电路均为RC电路(Resistance-CapacitanceCircuits，相移电路)。

可选地，所述第一降压电路包括第七分压元件、第三滤波元件，所述第七分压元件的第一端、所述第三滤波元件的第一端与控制芯片的输出端电连接，所述第七分压元件的第二端、所述第三滤波元件的第二端均连接接地端；

所述第二降压电路包括第八分压元件和第四滤波元件，所述第八分压元件的第一端、所述第四滤波元件的第一端与控制芯片的输出端电连接，所述第八分压元件的第二端、所述第四滤波元件的第二端均连接接地端。

可选地，若干输出电路还包括第三降压电路和第四降压电路；

所述第三降压电路包括第九分压元件、第四开关元件，所述第九分压元件的第一端与第四滤波元件的第一端电连接，所述第九分压元件的第二端与第四开关元件的输入端连接，所述第四开关元件的第二端连接接地端，所述第四开关元件的控制端与检测芯片电连接；

所述第四降压电路包括第十分压元件、第五开关元件，所述第十分压元件的第一端与第四滤波元件的第一端电连接，所述第十分压元件的第二端与第五开关元件的输入端连接，所述第五开关元件的第二端连接接地端，所述第五开关元件的控制端与检测芯片电连接。

本发明提供的技术方案，具有以下优点：

通过在电源线的第二接口设置一控制端，控制端与地之间还电连接有按键，通过按按键产生低电平信号，控制芯片接收该低电平信号后，通过若干开关的配合用于切换电源线至充电或放电状态，使得不用切换电源线和接口就能够完成电池的充电与放电过程之间的转换。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的双向充放电电路和电源线的系统框图；

图2为图1的电源线的电路图；

图3为图1的检测电路的电路图；

图4为图1的控制电路的电路图；

图5为图1的保护电路的电路图。

图中：10、电源线；11、第一接口；12、第二接口；13、辅助检测电路；20、双向充放电电路；21、检测电路；211、接口检测电路；212、输入/输出口电压检测电路；213、电池电压检测电路；214、唤醒电路；215、发热元件温度检测电路；22、控制电路；221、输出电路；30、电池；40、保护电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

请参看图1和图2，本发明的一实施方式提供了一种电源线10，所述电源线10为双向充放电的电源线10，用于与外部的直流电源和电池30电连接，所述电源线10包括第一接口11、第二接口12、若干传输线以及辅助检测电路13，所述第一接口11与所述第二接口12通过若干传输线连接，若干传输线之一还连接接地端，所述第一接口11和第二接口12用于传输电能，所述辅助检测电路13包括第一分压元件和第一开关元件，所述第二接口12还包括一控制端，所述控制端与第一开关元件的第一端、第一分压元件的第一端电连接；所述第一开关元件的第二端与接地端连接、以通过第一开关元件产生低电平信号，应当指出的是，该低电平信号也就是电源线10内部的电流方向需要改变的信号，当控制芯片接收到该信号时，控制芯片会通过控制若干元件改变电流在电源线10内的传递方向；所述第一分压元件为电阻R9，所述第一分压元件的第二端与接地端连接；具体地，所述第一开关元件为按键S1，通过持续按压所述按键S1、以通过按键S1产生低电平信号，更具体地是，所述持续按压的时间至少为两秒；

具体地，第一接口11和第二接口12之间通过电源线10连接，第二接口12带有PIN1电源正极端，PIN2负极端，PIN3信号端(也就是上述控制端)，第一接口11带有PIN1正极，PIN2负极端，第二接口12与第一接口11的正负极用于电源传输，第二接口12的PIN3信号端连接辅助检测电路13，辅助检测电路13包括连接于PIN3信号端与接地端之间的按键S1、以及与按键S1并联的电阻R9；通过按键S1的断开和闭合用于发出切换电源线10的电流流动方向的信号；另外应当指出的是，所述电阻R9包括第一阻值R9和第二阻值R9，第一阻值R9和第二阻值R9分别对应单向传输电流、双向传输电流类型的电源线10。

请再参看图1，一种双向充放电电路，包括电源线10、第三接口J1、双向充放电电路20、电池30以及保护电路40，所述双向充放电电路20与所述电源线10通过第三接口J1电连接，所述双向充放电电路20包括依次电连接的检测电路21、控制电路22，所述电源线10采用上述双向充放电的电源线10；

请参看图2，所述检测电路包括检测芯片、接口检测电路211、输入/输出口电压检测电路212以及电池电压检测电路213，所述接口检测电路211与所述检测芯片电连接、以用于检测是否有电源线10接入第三接口J1，所述输入/输出口电压检测电路212与所述检测芯片电连接、以用于检测输入/输出口电压的数值，所述电池电压检测电路213与所述检测芯片电连接、以用于检测电池30电压的数值。

具体地，所述接口检测电路211包括第二分压元件(以下简称为电阻R10)，所述电阻R10的第一端与工作电压连接，所述电阻R10的第二端分别与所述电源线10的控制端、所述检测芯片的第一检测端电连接、以通过检测芯片检测是否有电源线10连接；具体地，所述检测电路21与所述电源线10以及控制电路22电连接，当所述检测电路21与所述电源线10电连接后，所述检测电路21检测端与电源线10的辅助检测电路13电连接后，所述检测电路21的检测端的电平信号通过检测电路21发送至所述控制电路22。

具体地，所述输入/输出口电压检测电路212包括第三分压元件(以下简称为电阻R1)、第四分压元件(以下简称为电阻R2)以及第一滤波元件(以下简称为电容C1)，所述电阻R1的第一端与输入/输出口的电压端电连接，所述电阻R1的第二端与电容C1的第一端、电阻R2的第一端以及检测芯片的第二检测端电连接，所述电容C1的第二端、电阻R2的第二端均连接接地端。

具体地，所述电池电压检测电路213包括第五分压元件(以下简称为电阻R3)、第六分压元件(以下简称为电阻R5)以及第二滤波元件(以下简称为电容C3)；所述电阻R3的第一端与电池的正极电连接，所述电阻R3的第二端与所述电阻R5的一端、电容C3的一端以及检测芯片的第三检测端电连接，所述电阻R5的第二端、电容C3的第二端均连接接地端。

请参看图3，所述控制电路22包括控制芯片、第二开关元件(也就是MOS管Q4)、第三开关元件(也就是MOS管Q7)以及若干输出电路221，所述控制芯片分别与所述检测芯片、第二开关元件以及第三开关元件电连接，所述控制芯片与若干输出电路电连接、以通过若干输出电路221形成不同档级的电流输出端口；具体地，所述控制电路22通过所述第三接口J1与所述电源线10连接、用于检测所述辅助检测电路13内电阻R9的阻值，从而确定电源线10的类型，所述检测芯片的检测端还通过电阻R10连接直流供电端；将双向充放电电路20的第三接口J1在输入端口变和输出端口之间转换，减少产品接口，减少电路模块数量，节省成本。

具体地，所述控制电路包括控制芯片、第二开关元件(也就是MOS管Q4)、第三开关元件(也就是MOS管Q7)以及若干输出电路，所述控制芯片与所述检测芯片、第二开关元件以及第三开关元件电连接，所述控制芯片与若干输出电路电连接、以通过若干输出电路形成不同档级的电流输出端口；

所述控制芯片包括第一控制端，所述第一控制端与所述检测芯片电连接，所述控制芯片与所述按键电连接，通过按下按键切换所述电源线电流的传输方向从第一接口传输向第二接口或从第二接口传输向第一接口。

下面具体描述按键S1改变电源线电流传输方向的工作原理：当按键S1长按2秒以上时，检测芯片检测到该长按信号并将该长按信号传递给控制芯片，控制芯片接收到该长按信号后、控制芯片的第一控制端的电平信号置位高电平，所述电源线的电流方向从第二接口传输向第一接口，此时电源线传输电流的方向与单向传输电流的方向相反。

下面请再参看图3来具体描述芯片U1的工作原理；

芯片U1休眠等待唤醒工作原理：

图3中，节点a为第三接口J3，电连接直流电源的正连接端，节点b、c、d分别为芯片U1的第十九引脚、第十八引脚以及第十七引脚；电源线10的第一接口11连接电源，电源线10的第二接口12连接双向充放电电路20的第三接口(也就是输入/输出端口，J1)，辅助检测电路13内的电阻R9就与检测电路21上的电阻R10连接，因为R9的阻值小于R9+R10之和，所以芯片U1的PIN(也就是芯片U1的引脚)1检测到低电平，因此芯片U1被唤醒进入工作状态；

芯片U1检测电源线10类型的工作原理：

进入工作状态后，芯片U1的PIN20(也就是芯片U1的第20引脚)为AD模数转换接口，连续检测电阻R9与电阻R10的分压电压值；根据已知电阻R10的电压为5V，电阻R10的阻值，通过AD检测到的电阻R9与电阻R10的分压值，可计算出电阻R9的阻值，因为电阻R9的阻值即代表特定的电源线10；具体地：所述电阻R9包括第一电阻R91和第二电阻R92，所述电源线10包括分别于所述第一电阻R91和第二电阻R92、以形成第一电源线10和第二电源线10；对于只需单向(仅充电或仅放电)工作的设备，例如充电器，可以去掉按键S1，也就是采用第一电源线10，具体地，第一电源线10为单向电源线10；对于需要双向(即可充电也可放电的)工作的设备，例如带电池30产品，汽车车充口的电源线10需要加上按键S1，按键S1用来切换充放电方向，也就是采用第二电源线10，具体地，第二电源线10为双向电源线10；根据电源线10的类型，即可判定电源线10具有单向输入或输出功能、或是同时有输入输出功能(例如带电池30的产品)以及电源线10电流的能力大小；更具体地是，所述电阻R9包括第一电阻R91、第二电阻R92以及第三电阻R93，第一电阻R91、第二电阻R92以及第三电阻R93分别对应第一电源线10、第二电源线10以及第三电源线10；定义第一电源线10为车辆充电器，并将输出电路设定为输出10A的充电电流；定义第二电源线10为充电器，设定为3A的充电电流；如果是太阳能板,设定为20A的充电电流；定义第三电源线10为双向车辆充电器，当汽车电池30缺电、需要补电时，可以长按按键S1切换第三电源线10的电流传输方向、以给汽车电池30补电。

下面具体描述通过按键S1的断开和闭合用于切换电源线10的电流流动方向的工作原理：

芯片U1的PIN(引脚)20为模数转换接口，连续检测端口上的电压，当电源线10上的按键S1发生闭合动作(更具体地，当发生长按动作)时，PIN(引脚)20上的电压下降，降到0V或非常接近0V并持续2秒时间，芯片U1检测到该动作后判定按键S1有长按动作，应当指出的是，如果时间不足2秒或电压下降达不到0V标准，认为无长按动作；仅当检测到电源线10具有双向充放电功能时，才会判断长按动作，或切换充放电模式；电源线10具有双向功能，减少电源线10的数量。

请参看图4，节点b连接芯片U2的CE引脚，所述CE引脚低电平时工作，高电平时关闭；节点c连接芯片U2的Dir引脚，节点d连接芯片U2的PG引脚，芯片U2的第24引脚的节点V连接+5V电源；

所述控制电路22包括控制芯片以及若干输出电路，若干输出电路之间的输出电流值不相等、用于输出不同的充电电流，所述控制芯片与所述检测芯片以及若干输出电路电连接，所述控制芯片接收所述检测电路21的检测端的电平信号后、以用来控制若干输出电路的连通或断开。

下面请再参看图4具体描述芯片U2设置充电模式并启动充电工作原理：

充电模式工作原理：芯片U2的PIN2(也就是DIR端)为充放电模式设置引脚，该引脚置为低电平，即为充电模式；如果PIN2(DIR)置为高电平，为放电模式；

充电电流的控制原理：若干输出电路包括与控制芯片输出端电连接的降压电路形成不同档级的电流输出端口；所述降压电路均采用RC并联电路；更具体地是：降压电路通过第十分压元件(简称为电阻R21)，第九分压元件(简称为电阻R24)，第八分压元件(简称为电阻R28)，第七分压元件(简称为电阻R32)的电阻控制充放电电流大小；其中，电阻R28，电阻R32是默认电流设置电阻；电阻R28，电阻R32直接对GND导通，充电电流为第1档；电阻R21，电阻R24的对GND导通、通过芯片U1控制开关Q2(型号为NMOS管)，开关Q3(型号为NMOS管)通断来实现；当开关Q2导通时，电阻R21对GND短路，充电电流增大到第2档；当开关Q3导通时，电阻R24对GND短路，充电电流增大到第3档。

启动充电工作原理：芯片U2的PIN1(也就是CE端)置为低电平，即启动充电工作，对电池30进行充电；

下面请再参看图4具体描述芯片U2设置放电模式并启动放电工作原理：

放电模式的工作原理：芯片U2的PIN2(也就是DIR端)为充放电模式设置引脚；该引脚置为高电平，开启放电模式；

放电电流的工作原理：与上述充电电流的控制原理一样。

启动放电工作：芯片U2的PIN1(也就是CE端)置为低电平，即启动放电工作。

请参看图5，图5中的节点e与图4中的节点e电连接；所述控制电路22依次与保护电路40以及所述电池30电连接，所述保护电路40用于当所述电池30充电或放电异常时，通过熔断保护器FUSE1断开，或者通过保护芯片U3通过开关Q8、开关Q9切断所述四个电池30与所述控制电路22之间的电连接，具体地，所述保护电路40的若干控制端分别与电池的正极以及负极电连接；所述保护电路40为电池管理系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双向充放电的电源线，用于与外部的直流电源和电池电连接，其特征在于，所述电源线包括：第一接口、第二接口、若干传输线以及辅助检测电路；所述辅助检测电路包括第一分压元件和第一开关元件；

所述第一接口通过若干传输线与所述第二接口电连接，若干传输线之一还连接接地端；

所述第二接口包括一控制端，所述控制端分别与第一开关元件的第一端、第一分压元件的第一端电连接；

所述第一开关元件的第二端与接地端电连接；

所述第一分压元件的第二端与接地端电连接。

2.如权利要求1所述的电源线，其特征在于，所述第一开关元件为按键，所述按键用于在被持续按压后产生低电平信号。

3.如权利要求2所述的电源线，其特征在于，每次持续按压的时间至少为两秒。

4.一种双向充放电电路，包括电源线、第三接口、电池以及保护电路，其特征在于，所述双向充放电电路与所述电源线通过第三接口电连接，所述双向充放电电路包括依次电连接的检测电路和控制电路，所述电源线采用如权利要求1-3任一权利要求所述的电源线；所述检测电路包括检测芯片、接口检测电路、输入/输出口电压检测电路以及电池电压检测电路，所述接口检测电路与所述检测芯片电连接、以用于检测是否有电源线接入第三接口，所述输入/输出口电压检测电路与所述检测芯片电连接、以用于检测输入/输出口电压的数值，所述电池电压检测电路与所述检测芯片电连接、以用于检测电池电压的数值，所述保护电路与所述电池电连接。

5.如权利要求4所述的双向充放电电路，其特征在于，所述接口检测电路包括第二分压元件，所述第二分压元件的第一端与工作电压连接，所述第二分压元件的第二端分别与所述电源线的控制端、所述检测芯片的第一检测端电连接、以通过检测芯片检测是否有电源线连接；

所述输入/输出口电压检测电路包括第三分压元件、第四分压元件以及第一滤波元件；

所述第三分压元件的第一端与输入/输出口的电压端电连接，所述第三分压元件的第二端与第一滤波元件的第一端、第四分压元件的第一端以及检测芯片的第二检测端电连接，所述第一滤波元件的第二端、第四分压元件的第二端均连接接地端。

6.如权利要求4所述的双向充放电电路，其特征在于，所述电池电压检测电路包括第五分压元件、第六分压元件以及第二滤波元件；

所述第五分压元件的第一端与电池的正极电连接，所述第五分压元件的第二端与所述第六分压元件的一端、第二滤波元件的一端以及检测芯片的第三检测端电连接，所述第六分压元件的第二端、第二滤波元件的第二端均连接接地端。

7.如权利要求4所述的双向充放电电路，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片、第二开关元件、第三开关元件以及若干输出电路，所述电源线与所述电池通过所述控制芯片、所述第二开关元件以及所述第三开关元件电连接，所述控制芯片与若干输出电路电连接、以通过若干输出电路形成不同档级的电流输出端口；

所述控制芯片包括第一控制端，所述第一控制端与所述检测芯片电连接，所述控制芯片与所述按键电连接，通过按下按键切换所述电源线电流的传输方向。

8.如权利要求7所述的双向充放电电路，其特征在于，若干输出电路包括与所述控制芯片输出端连接的第一降压电路和第二降压电路；

所述第一降压电路和所述第二降压电路均为RC电路(Resistance-CapacitanceCircuits，相移电路)。

9.如权利要求8所述的双向充放电电路，其特征在于，所述第一降压电路包括第七分压元件、第三滤波元件，所述第七分压元件的第一端、所述第三滤波元件的第一端与控制芯片的输出端电连接，所述第七分压元件的第二端、所述第三滤波元件的第二端均连接接地端；

所述第二降压电路包括第八分压元件和第四滤波元件，所述第八分压元件的第一端、所述第四滤波元件的第一端与控制芯片的输出端电连接，所述第八分压元件的第二端、所述第四滤波元件的第二端均连接接地端。

10.如权利要求9所述的双向充放电电路，其特征在于，若干输出电路还包括第三降压电路和第四降压电路；

所述第三降压电路包括第九分压元件、第四开关元件，所述第九分压元件的第一端与第四滤波元件的第一端电连接，所述第九分压元件的第二端与第四开关元件的输入端连接，所述第四开关元件的第二端连接接地端，所述第四开关元件的控制端与检测芯片电连接；

所述第四降压电路包括第十分压元件、第五开关元件，所述第十分压元件的第一端与第四滤波元件的第一端电连接，所述第十分压元件的第二端与第五开关元件的输入端连接，所述第五开关元件的第二端连接接地端，所述第五开关元件的控制端与检测芯片电连接。

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