CN111313509A - 一种高压升压充电器电池反接保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压升压充电器电池反接保护电路,其包括：充电电源模块，其包括电源、与电源连接的电感以及与电感相连接的二极管，其用于提供充电电压；控制保护模块，其包括控制器和第一NMOS管，所述第一NMOS管为LDMOS管，控制保护模块连接于电感以及二极管之间，该连接点为SW节点，所述控制保护模块还包括连接在SW节点和电感之间的第一开关模块和连接于第一NMOS管和SW节点之间的第二开关模块，电池反接情况下，实现了完全消除反向电流，无论是从电源经由电感流向SW节点的反向电流，还是地线经由第一NMOS管的源极流向SW节点的反向电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压升压充电器电池反接保护电路。
背景技术
通常降压的充电器结构如图1所示，当电池反接时，通过BODY切换来实现对充电器的保护。这种结构也是目前最常用的结构。但是只适用于单节锂电池降压充电结构。
随着大容量电池的需求越来越多，降压结构充电器已经无法满足大容量的充电需求。针对大容量电池的充电，可以使用升压Boost的结构来给串联电池组充电。如图2-3所示，以3节电池为例来解释高压充电结构，通常大容量电池由单节串联而成，SW点的电压最高电压为：Vsw＝3*BAT+0.7，最高可达到约15V，所有3节升压充电器的NMOS要采用15V的高压LDMOS。但通常的LDMOS的高压集成电路工艺，NMOS的Body是无法选择的，只能与NMOS的Source连接在一起。但是当电池反接，由于升压的天生的结构缺陷，通过电感VIN到BAT直接的电流通路。NMOS的body diode也将会随之导通，且无法完全关掉。随之而来的，当电池反接时，由两路无法控制的电流流向BAT电池组的负极，如图3所示。1.从电源VIN经由电感L1到SW节点，SW节点经由二极管D1到达BAT负极的反向电流IREV1。2.从GND经由NMOS的Body二极管到SW节点，SW节点经由二极管D1的反向电流IREV2。3.这2个通路电流的存在，无论是对VIN供电系统，还是充电器芯片本身，都会造成极大损伤。
而升压结构自身电感的存在，同时无法像通常的降压结构通过Body的选择来实现保护。如何在电池反接的情况下，保护升压结构不受损坏，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在检测到待充电电池反接时彻底切断待充电电池与充电电路连接的高压升压充电器电池反接保护电路。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高压升压充电器电池反接保护电路,其包括：
充电电源模块，其包括电源、与电源连接的电感以及与电感相连接的二极管，其用于提供充电电压；
控制保护模块，其包括控制器和第一NMOS管,所述第一NMOS管为LDMOS管，控制保护模块连接于电感以及二极管之间，该连接点为SW节点，
所述控制保护模块还包括连接在SW节点和电感之间的第一开关模块和连接于第一NMOS管和SW节点之间的第二开关模块，
控制保护模块用于检测电池正反接状态，并在待充电电池正接时，控制第一开关模块和第二开关模块导通形成充电回路，而在电池反接时，控制第一开关模块和第二开关模块断开，以关断充电电源对待充电电池的充电回路和由地线经第一NMOS管输入至待充电电池的回路。
优化的，所述第一开关模块包括第一PMOS管，其为LDMOS管，其栅极与所述控制器相连接、源极与电感相连接、漏极与SW节点相连接。
优化的，所述第二开关模块包括第二NMOS管，其栅极与所述控制器相连接、漏极与第一NMOS管的漏极相连接、源极与SW节点相连接。
进一步的，所述第二开关模块还包括两端分别与所述第二NMOS管的栅极和源极相连接的电阻以及栅极与控制器相连接且漏极与所述第二NMOS管的栅极相连接的第二PMOS管，所述第二PMOS管的源极与所述电源相连接，所述第二NMOS管和所述第二PMOS管均为LDMOS管。
本发明的有益效果在于：
1)电池反接情况下，实现了完全消除反向电流，无论是从电源经由电感流向SW节点的反向电流，还是地线经由第一NMOS管的源极流向SW节点的反向电流。
2)无论负载电池是多少节，该结构电路既能满足系统高压充电的要求，又能实现自我保护，只需要NMOS和PMOS的耐压满足电池的要求即可。
3)NMOS和PMOS均使用MOSFET，易于集成的同时，与其单独使用Diode的情况相比，有效降低系统的导通损耗，大大提供了系统的充电效率，进而在同样芯片面积的情况下进一步提高输出功率。
4)此结构特别针对升压大功率充电器芯片设计，易于集成的同时，满足高压大功率充电，在电池反接的情况下对充电器提供有效保护。
附图说明
附图1-3为现有充电电路的示意图；
附图4为实施例一中充电电路的结构示意图；
附图5为实施例二中充电电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：
实施例一
如图4所示，高压升压充电器电池反接保护电路,其包括：
充电电源模块，其包括电源(VIN)、与电源连接的电感(L1)以及与电感相连接的二极管(D1)，其用于提供充电电压；
控制保护模块，其包括控制器和第一NMOS管(NMOS1)，
控制保护模块连接于电感(L1)以及二极管(D1)之间，该连接点为SW节点，
所述控制保护模块还包括连接在SW节点和电感之间的第一PMOS管(PMOS)、第二NMOS管(NMOS2)、电阻以及第二PMOS管(PMOS2)，第一PMOS管栅极与所述控制器相连接、源极与电感相连接、漏极与SW节点相连接，第二NMOS管栅极与第二PMOS管的漏极相连接、漏极与第一NMOS管的漏极相连接、源极与SW节点相连接，电阻两端分别与所述第二NMOS管的栅极和源极相连接，第二PMOS管的栅极与控制器相连接，漏极与所述第二NMOS管的栅极相连接且源极与所述电源相连接。P_DRV，N_DRV1和N_DRV2同步控制3个高压MOS，由于第二NMOS管是浮地结构，N_DRV2的驱动结构需要特别处理，同时需要特别考虑在VIN＝0时开关的状态。第二NMOS管的最后一级驱动结构为半边驱动，第二NMOS管的打开(Turn ON)由第二PMOS管控制。而第二NMOS管的关闭(Turn ON)由R1实现，而R1的另一一个重要作用是在保证电源无效时，第二NMOS管默认处于关闭(Turn OFF)状态。
控制保护模块控制原理如下：
节电池连接输出为高压结构，第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管都是用LDMOS，第一NMOS管，第二NMOS使用Back to Back(背对背)结构，满足系统高压的要求。
电池正常连接时，系统正常充电，第一PMOS管保持一直闭合(ON)状态。第一NMOS管和第二NMOS管根据升压充电系统要求进行周期性的开关(OFF)和闭合(ON)。
当检测到电池反接时，第一PMOS管和第一NMOS管同时断开(OFF)。与原有的升压系统相比：由于加入了高压第一NMOS管和高压第一PMOS管，在电池反接的情况下，第一PMOS管断开(OFF)，同时第一PMOS管的Body diode也无法导通。第一NMOS管和第二NMOS管的Bodydiode形成body to body结构，第一NMOS管和第二NMOS管反向通路的电流完全截止。在电池反接情况下，该结构彻底阻断了从电源和地线进入电池(BAT)的反向电流，能有效的保护充电器芯片不被烧毁。
实施例二
如图5所示，高压升压充电器电池反接保护电路,其包括：
充电电源模块，其用于提供充电电压，其包括依次连接的电源(VIN)、电感(L1)、开关(K1)以及与一号二极管(D1)，一号二极管的阳极与开关连接，其阴极与电池(BAT)组连接；
控制保护模块，其包括控制器和NMOS管(NMOS)、二号二极管(D2)，NMOS管的栅极与控制器连接，其漏极与二号二极管的阴极相连接，其源极接地，二号二极管的阳极连接于开关和一号二极管的阳极之间，该连接点为节点(SW)。
本实施例中电路的优缺点如下：能一定程度上解决电池反接时从地线经过NMOS管的body diode电流的问题，但是由于二号二极管的存在，在系统正常充电情况下，二号二极管会有很大的导通损耗，从而整个升压系统的效率将会大大降低。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高压升压充电器电池反接保护电路,其包括：
充电电源模块，其包括电源、与电源连接的电感以及与电感相连接的二极管，其用于提供充电电压；
控制保护模块，其包括控制器和第一NMOS管,所述第一NMOS管为LDMOS管，
控制保护模块连接于电感以及二极管之间，该连接点为SW节点，
其特征在于：所述控制保护模块还包括连接在SW节点和电感之间的第一开关模块和连接于第一NMOS管和SW节点之间的第二开关模块，
控制保护模块用于检测电池正反接状态，并在待充电电池正接时，控制第一开关模块和第二开关模块导通形成充电回路，而在电池反接时，控制第一开关模块和第二开关模块断开，以关断充电电源对待充电电池的充电回路和由地线经第一NMOS管输入至待充电电池的回路。
2.根据权利要求1所述的高压升压充电器电池反接保护电路,其特征在于：所述第一开关模块包括第一PMOS管，其为LDMOS管，其栅极与所述控制器相连接、源极与电感相连接、漏极与SW节点相连接。
3.根据权利要求1所述的高压升压充电器电池反接保护电路,其特征在于：所述第二开关模块包括第二NMOS管，其栅极与所述控制器相连接、漏极与第一NMOS管的漏极相连接、源极与SW节点相连接。
4.根据权利要求3所述的高压升压充电器电池反接保护电路,其特征在于：所述第二开关模块还包括两端分别与所述第二NMOS管的栅极和源极相连接的电阻以及栅极与控制器相连接且漏极与所述第二NMOS管的栅极相连接的第二PMOS管，所述第二PMOS管的源极与所述电源相连接，所述第二NMOS管和所述第二PMOS管均为LDMOS管。
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| CN111934401A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-11-13 | 苏州赛芯电子科技有限公司 | 一种电池保护电路和锂电池系统 |
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