CN111756019A

CN111756019A - 一种充放电电流检测及保护电路

Info

Publication number: CN111756019A
Application number: CN201910253350.1A
Authority: CN
Inventors: 孟世博; 张勇; 陈�峰
Original assignee: Suzhou Niulaike Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Niulaike Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: CN111756019B

Abstract

本发明提供一种充放电电流检测及保护电路，该充放电电流检测及保护电路包括：充电口、第一可控开关、第二可控开关、第一电阻、电机驱动模块、电池包、保护电路和控制单元；第一可控开关的一端与充电口的负极连接，另一端通过第一电阻与电池包的负极连接；第二可控开关的一端连接于第一可控开关和第一电阻的连接处，另一端通过电机驱动模块与电池包的正极连接；保护电路的一端与第一电阻的第二端连接；第一可控开关、第二可控开关、电机驱动模块和放大电路均与控制单元连接。这样，使用一个控制单元就可以检测到电池包对外供电时流过的电流及充电过程中流过的电流，对外供电时流过的电流过大，保护电路还可以将信号传给控制单元，起到保护的作用。

Description

一种充放电电流检测及保护电路

技术领域

本发明涉及电流检测技术领域，特别是指一种充放电电流检测及保护电路。

背景技术

电机在驱动过程中，需要使用电池包为其供电，当电池包电量用完之后也需要对电池包进行充电；但是，现有技术中，电池包在供电过程中流过电机的电流与电池包在充电过程中流过电池包的电流没有用一个控制单元去进行检测，且对电路进行保护的，因此不仅导致操作复杂，成本较高，而且电池包在供电过程中由于电机的运行状态不同，电机自身电阻的大小也会产生变化，可能还会导致流过电机的电流过大，从而产生安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充放电电流检测及保护电路，以解决电池包在供电过程中流过电机的电流与电池包在充电过程中流过电池包的电流无法用同一个控制单元去进行检测的问题，以及电池包在供电过程中流过电机的电流可能过大，从而产生安全隐患的问题。

根据第一方面，本发明的实施例提供一种充放电电流检测及保护电路，包括：充电口、第一可控开关、第二可控开关、第一电阻、电机驱动模块、电池包、保护电路和控制单元；所述第一可控开关的一端与所述充电口的负极连接，另一端通过所述第一电阻与所述电池包的负极连接；所述第二可控开关的一端连接于所述第一可控开关和第一电阻的连接处，另一端通过所述电机驱动模块与所述电池包的正极连接；所述控制单元分别与所述保护电路的第一端与所述第一电阻的第二端连接；所述第一可控开关、第二可控开关、电机驱动模块和保护电路连接，用于控制第一可控开关和第二可控开关的闭合状态、控制电机驱动模块的运行状态及接收保护电路的信号。

在一实施例中，所述充放电电流检测及保护电路还包括：放大电路，所述放大电路的第一端与所述第一电阻的第二端连接；所述放大电路的第二端与所述控制单元连接，用于给所述控制单元传输信号。

在一实施例中，所述第一可控开关包括：第一NMOS管、二极管、第二电阻和第三电阻；所述二极管的阴极与所述充电口的负极连接，阳极与所述第一NMOS管的源极连接；所述第一NMOS管的栅极通过第二电阻和第三电阻分别与所述二极管的阳极和控制单元连接；所述第一NMOS管的漏极与所述第一电阻连接。

在一实施例中，所述第二可控开关包括：第二NMOS管和第四电阻；所述第二NMOS管的源极连接于所述第二NMOS管的漏极和第一电阻的连接处，漏极与所述电机驱动模块连接，栅极通过第四电阻与所述控制单元连接。

在一实施例中，所述保护电路包括：比较器、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻；所述比较器的正向输入端通过第十电阻接地，反向输入端通过第十一电阻与所述第一电阻连接，输出端与所述第十二电阻与所述控制单元连接。

在一实施例中，所述保护电路还包括：第十三电阻，所述第十三电阻一端与所述比较器的正向输入端连接，另一端与控制单元的电源端连接；第二电容，所述第二电容的一端与所述比较器的反向输入端连接，另一端接地；第三电容，所述第三电容的一端连接于所述第十二电阻与控制单元的连接处，另一端接地。

在一实施例中，所述放大电路包括：放大器、第五电阻、第七电阻和第九电阻；所述放大器的正向输入端通过第五电阻与所述第一电阻连接，反向输入端通过所述第七电阻接地，输出端通过第九电阻与所述控制单元连接，第一端接地，第二端与所述控制单元的电源端连接。

在一实施例中，所述放大电路还包括：第六电阻，所述第六电阻的一端与所述放大器的正向输入端连接，另一端与电源连接；第八电阻，所述第八电阻一端与所述放大器的反向输入端连接，另一端与所述放大器的输出端连接；第一电容，所述第一电容的一端连接于所述控制单元与第九电阻的连接处，另一端接地。

根据第二方面，本发明的实施例还提供一种电气设备，包括：如上所述的充放电电流检测及保护电路。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的实施例提供一种充放电电流检测及保护电路，包括：充电口、第一可控开关、第二可控开关、第一电阻、电机驱动模块、电池包、保护电路和控制单元；所述第一可控开关的一端与所述充电口的负极连接，另一端通过所述第一电阻与所述电池包的负极连接；所述第二可控开关的一端连接于所述第一可控开关和第一电阻的连接处，另一端通过所述电机驱动模块与所述电池包的正极连接；所述保护电路的第一端与所述第一电阻的第二端连接；所述控制单元分别与所述第一可控开关、第二可控开关、电机驱动模块和保护电路连接，用于控制第一可控开关和第二可控开关的闭合状态、控制电机驱动模块的运行状态及接收保护电路的信号。由此可知，当控制单元控制第一可控开关闭合，且控制电机驱动模块的电机转动时，电机驱动模块在运行过程中，控制单元可以检测到流过电机驱动模块的电流，且当流过电机驱动模块的电流过大时，为了防止电路出现损坏，保护电路会起到一个保护的作用；当控制单元控制第二可控开关闭合时，充电口插上充电器，控制单元可以检测到流过电池包的电流；这样，使用同一个控制单元就可以检测到，电池包对外供电时流过电机驱动模块的电流，电池包在充电过程中流过电池包的电流，除此之外，电池包对外供电，流过电机驱动模块的电流过大时，保护电路还可以将信号传给控制单元，控制单元再控制第二可控开关断开，从而起到保护的作用。

附图说明

图1表示本发明实施例的充放电电流检测及保护电路的结构图。

主要附图标记说明：

1-第一可控开关；2-第二可控开关；3-电机驱动模块；4-电池包；5-保护电路；6-控制单元；7-放大电路；8-充电口；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻；R10-第十电阻；R11-第十一电阻；R12-第十二电阻；R13-第十三电阻；D1-二极管C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本发明的实施例提供一种充放电电流检测及保护电路，包括：充电口8、第一可控开关1、第二可控开关2、第一电阻R1、电机驱动模块3、电池包4、保护电路5和控制单元6；所述第一可控开关1的一端与所述充电口8的负极连接，另一端通过所述第一电阻R1与所述电池包4的负极连接；所述第二可控开关2的一端连接于所述第一可控开关1和第一电阻R1的连接处，另一端通过所述电机驱动模块3与所述电池包4的正极连接；所述保护电路5的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接；所述控制单元6分别与所述第一可控开关1、第二可控开关2、电机驱动模块3和保护电路5连接，用于控制第一可控开关1和第二可控开关2的闭合状态、控制电机驱动模块3的运行状态及接收保护电路5的信号。

通过上述电路结构，当控制单元6控制第一可控开关1闭合，且控制电机驱动模块3的电机转动时，电机驱动模块3在运行过程中，控制单元6可以检测到流过电机驱动模块3的电流，且当流过电机驱动模块3的电流过大时，为了防止电路出现损坏，保护电路5会起到一个保护的作用；当控制单元6控制第二可控开关2闭合时，充电口8插上充电器，控制单元6可以检测到流过电池包4的电流；这样，使用同一个控制单元6就可以检测到，电池包4对外供电时流过电机驱动模块3的电流，电池包4在充电过程中流过电池包4的电流，除此之外，电池包4对外供电，流过电机驱动模块3的电流过大时，保护电路5还可以将信号传给控制单元6，控制单元6再控制第二可控开关2断开，从而起到保护的作用。

在一实施例中，本发明实施例提供的充放电电流检测及保护电路还包括：放大电路7，所述放大电路7的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接；用于接收第一电阻R1第二端的电压；放大电路7的第二端与所述控制单元6连接，用于给所述控制单元6传输信号。

具体的，放大电路7包括：放大器、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第一电容C1；所述放大器的正向输入端通过第五电阻R5与所述第一电阻R1连接，反向输入端通过所述第七电阻R7接地，输出端通过第九电阻R9与所述控制单元6连接，第一端接地，第二端与所述控制单元6的电源端连接。所述第六电阻R6的一端与所述放大器的正向输入端连接，具有分压的作用，另一端与电源连接，用于为放大电路7提供偏置电压；所述第八电阻R8一端与所述放大器的反向输入端连接，另一端与所述放大器的输出端连接；所述第一电容C1的一端连接于所述控制单元6与第九电阻R9的连接处，另一端接地。其中，第五电阻R5为正向输入电阻，第六电阻R6为分压电阻，第八电阻R8为放大电路7的反馈电阻，第九电阻R9与第一电容C1起到滤波的作用；

在一实施例中，所述第一可控开关1包括：第一NMOS管、二极管D1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述二极管D1的阴极与所述充电口8的负极连接，阳极与所述第一NMOS管的源极连接；所述第一NMOS管的栅极通过第二电阻R2和第三电阻R3分别与所述二极管D1的阳极和控制单元6连接；所述第一NMOS管的漏极与所述第一电阻R1连接。其中，第二电阻R2和第三电阻R3起到限流的作用。

当电池包4需要进行充电时，插上充电器，充电口8的负极变为低电平，此时控制单元6给CHARGE ON引脚一个高电平，因为第一NMOS管的栅极通过第二电阻R2和第三电阻R3分别与所述二极管D1的阳极和控制单元6连接，漏极与所述第一电阻R1连接，源极也与二极管D1的阳极连接，所以第一NMOS管导通，因此实现给电池包4充电；在充电过程中，因为电流的流向为充电口8的正极到电池包4的正极，电池包4的负极到第一电阻R1，第一电阻R1通过第一NMOS管到充电口8的负极。所以放大电路7的正向输入端通过第五电阻R5接收第一电阻R1第二端的电压，计算通过放大电路7的输出端传输给控制单元6的电压所利用的公式为：

V(CURRENT)＝V(REF)－V(Isence)*运放倍数；

其中，V(Isence)为放大电路7的正向输入端接收的第一电阻R1的第二端的电压；V(REF)为与第六电阻R6连接的电源电压；V(CURRENT)为放大电路7传输给控制单元6的电压；运放倍数的计算过程为现有技术，这里不再详细赘述。

在一实施例中，所述第二可控开关2包括：第二NMOS管和第四电阻R4；所述第二NMOS管的源极连接于所述第二NMOS管的漏极和第一电阻R1的连接处，漏极与所述电机驱动模块3连接，栅极通过第四电阻R4与所述控制单元6连接。

当电池包4对电机驱动模块3供电时，因为述第二NMOS管的源极连接于所述第二NMOS管的漏极和第一电阻R1的连接处，漏极与所述电机驱动模块3连接，栅极通过第四电阻R4与控制单元6的DISCHARGE引脚连接，所以控制单元6给DISCHARGE引脚一个高电平，第二可控开关2导通；这样，电池包4、电机驱动模块3、第一电阻R1和电池包4构成回路，电流的流向为电池包4的正极到电池包4的负极，再通过第一电阻R1到第二可控开关2，再从第二可控开关2到电机驱动模块3，最后再到电池包4的正极；所以放大电路7的正向输入端通过第五电阻R5接收第一电阻R1第二端的电压，计算通过放大电路7传输给控制单元6的电压所利用的公式为：

V(CURRENT)＝V(REF)+V(Isence)*运放倍数；

其中，V(Isence)为放大电路7的正向输入端接收的第一电阻R1的第二端的电压；V(REF)为与第六电阻R6连接的电源电压；V(CURRENT)为放大电路7的输出端传输给控制单元6的电压；运放倍数的计算过程为现有技术，这里不再详细赘述。

在一实施例中，所述保护电路5包括：比较器、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二电容C2和第三电容C3；所述比较器的正向输入端通过第十电阻R10接地，反向输入端通过第十一电阻R11与所述第一电阻R1连接，输出端与所述第十二电阻R12与所述控制单元6连接；所述第十三电阻R13一端与所述比较器的正向输入端连接，另一端与控制单元6的电源端连接；所述第二电容C2的一端与所述比较器的反向输入端连接，另一端接地；所述第三电容C3的一端连接于所述第十二电阻R12与控制单元6的连接处，另一端接地。其中，第十电阻R10和第十三电阻R13均为分压电阻，第十一电阻R11和第二电容C2具有滤波的作用，第十二电阻R12和第三电容C3也具有滤波的作用。

比较器的正向输入电压设为V3，第一电阻R1的第二端电压为上述V(Isence)；在放电过程中，正常对外供电时，V(Isence)<V3，保护电路5通过INT传输给控制单元6高电平，当V(Isence)>V3时，保护电路5通过INT传输给控制单元6低电平，说明电池包4对外供电过程中出现了故障，需要将第二可控开关2断开，以免出现危险。其中，V3＝VCC3*R5/R5+R6，VCC3为控制单元6的电压。

需要说明的是，上述电池包4在充电过程中流过电池包4的电流，以及电池包4在为电机驱动模块3供电过程中，流过电机驱动模块3的电流，均通过放大电路7接收第一电阻R1第二端的电压，经过放大后传输给控制单元6，再通过控制单元6内部中程序来计算得到。

综上所述，当电池包4需要充电时，控制单元6通过给CHARGE ON引脚一个高电平，使第一可控开关1闭合，从而实现对电池包4的充电；通过放大电路7将第一电阻R1的第二端的电压放大后传输给控制控制单元6，控制单元6再计算流过第一电阻R1的电流，即为流过电池包4的电流。

当电池包4需要对外供电，即为电机驱动模块3供电时，控制单元6通过给DISCHARGE引脚一个高电平，使第二可控开关2闭合，控制单元6再通过PWM给电机驱动模块3一个高电平，使电池包4开始为电机驱动模块3供电；在供电过程中，通过放大电路7将第一电阻R1的第二端的电压放大后传输给控制单元6，控制单元6再计算流过第一电阻R1的电流，即为流过电机驱动模块3的电流；正常对外供电情况下，在保护电路5中，V(Isence)<V3，保护电路5通过INT传输给控制单元6高电平；当V(Isence)>V3，保护电路5通过INT传输给控制单元6低电平，说明电池包4对外供电过程中出现了故障，这时，控制单元6通过给DISCHARGE引脚低电平，将第二可控开关2断开。

本发明的实施例还提供一种电气设备，包括：如上任意一种实施例所述的充放电电流检测及保护电路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种充放电电流检测及保护电路，其特征在于，包括：

充电口(8)、第一可控开关(1)、第二可控开关(2)、第一电阻(R1)、电机驱动模块(3)、电池包(4)、保护电路(5)和控制单元(6)；

所述第一可控开关(1)的一端与所述充电口(8)的负极连接，另一端通过所述第一电阻(R1)与所述电池包(4)的负极连接；

所述第二可控开关(2)的一端连接于所述第一可控开关(1)和第一电阻(R1)的连接处，另一端通过所述电机驱动模块(3)与所述电池包(4)的正极连接；

所述保护电路(5)的第一端与所述第一电阻(R1)的第二端连接；

所述控制单元(6)分别与所述第一可控开关(1)、第二可控开关(2)、电机驱动模块(3)和保护电路(5)连接，用于控制第一可控开关(1)和第二可控开关(2)的闭合状态、控制电机驱动模块(3)的运行状态及接收保护电路(5)的信号。

2.根据权利要求1所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，还包括：放大电路(7)，

所述放大电路(7)的第一端与所述第一电阻(R1)的第二端连接；

所述放大电路(7)的第二端与所述控制单元(6)连接，用于给所述控制单元(6)传输信号。

3.根据权利要求1所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，所述第一可控开关(1)包括：

第一NMOS管、二极管(D1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)；

所述二极管(D1)的阴极与所述充电口(8)的负极连接，阳极与所述第一NMOS管的源极连接；

所述第一NMOS管的栅极通过第二电阻(R2)和第三电阻(R3)分别与所述二极管(D1)的阳极和控制单元(6)连接；

所述第一NMOS管的漏极与所述第一电阻(R1)连接。

4.根据权利要求1所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，所述第二可控开关(2)包括：

第二NMOS管和第四电阻(R4)；

所述第二NMOS管的源极连接于所述第二NMOS管的漏极和第一电阻(R1)的连接处，漏极与所述电机驱动模块(3)连接，栅极通过第四电阻(R4)与所述控制单元(6)连接。

5.根据权利要求1所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，所述保护电路(5)包括：

比较器、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)；

所述比较器的正向输入端通过第十电阻(R10)接地，反向输入端通过第十一电阻(R11)与所述第一电阻(R1)连接，输出端与所述第十二电阻(R12)与所述控制单元(6)连接。

6.根据权利要求5所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，所述保护电路(5)还包括：

第十三电阻(R13)，所述第十三电阻(R13)一端与所述比较器的正向输入端连接，另一端与控制单元(6)的电源端连接；

第二电容(C2)，所述第二电容(C2)的一端与所述比较器的反向输入端连接，另一端接地；

第三电容(C3)，所述第三电容(C3)的一端连接于所述第十二电阻(R12)与控制单元(6)的连接处，另一端接地。

7.根据权利要求2所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，所述放大电路(7)包括：

放大器、第五电阻(R5)、第七电阻(R7)和第九电阻(R9)；

所述放大器的正向输入端通过第五电阻(R5)与所述第一电阻(R1)连接，反向输入端通过所述第七电阻(R7)接地，输出端通过第九电阻(R9)与所述控制单元(6)连接，第一端接地，第二端与所述控制单元(6)的电源端连接。

8.根据权利要求7所述的充放电电流检测及保护电路，其特征在于，所述放大电路(7)还包括：

第六电阻(R6)，所述第六电阻(R6)的一端与所述放大器的正向输入端连接，另一端与电源连接；

第八电阻(R8)，所述第八电阻(R8)一端与所述放大器的反向输入端连接，另一端与所述放大器的输出端连接；

第一电容(C1)，所述第一电容(C1)的一端连接于所述控制单元(6)与第九电阻(R9)的连接处，另一端接地。

9.一种电气设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一所述的充放电电流检测及保护电路。