CN112234688B - 一种充放电设备输出防反接电路及充放电电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种充放电设备输出防反接电路及充放电电路，该防反接电路包括电磁继电器、两个对向设置的晶体管、运算放大器、检测回路和控制回路，两个晶体管的第一端相连后与电磁继电器的触点引脚相连，两个晶体管的第三端相连后与电磁继电器的常闭引脚相连；运算放大器的正向输入端用于与正极端口相连，其反向输入端用于与负极端口相连；检测回路与运算放大器的输出端相连；控制回路包括第二电源和第三晶体管Q3，第二电源和第三晶体管Q3的第二端分别连接电磁继电器的线圈的两端，第三晶体管Q3的第一端与检测回路相连。本申请的充放电设备输出防反接电路，可有效防止电池反接，而且成本低，可以防止电流倒灌，可靠性好。

Description

一种充放电设备输出防反接电路及充放电电路

技术领域

本申请涉及电源技术领域，特别涉及一种充放电设备输出防反接电路及充放电电路。

背景技术

在电池的生产、测试和使用过程中，对电池进行充放电操作的仪器或设备需要将电气接口与电池的正负极进行正确对应的连接，即正电气接口与电池的正极进行连接，负电气接口与电池的负极进行连接，方可对电池进行充放电操作。但实际操作过程中，往往可能会出现电池被接反的情况，即正电气接口与电池的负极相连接，负电气接口与电池的正极相连接，此时如果不加以控制和保护，充放电设备内部极易形成极大且不可控的电流，从而造成充放电设备和电池的损坏，甚至可能会出现明火，所以在充放电设备的输出级，需增加防反接电路，在电池被接反时，充放电设备会触发保护机制，保护设备和电池，并上报故障给操作人员处理。

参见图1所示的第一种防反接电路，为了实现防反接功能，在充放电设备输出回路中串入大功率继电器，在电池正常连接时，闭合继电器触点，电池反接时，弹开继电器触点。

然而，大功率继电器成本较高，且受继电器的极限电流限制，往往不能应用于更大电流（如＞100A）的线路中，另外，电池充放电都是直流电压电流，若出现继电器载流时弹开，触点易发生拉弧，触点接触阻抗不可逆的增大，影响继电器的机械寿命，导致成本较高，可靠性差。

参见图2所示的第二种防反接电路，为了实现防反接电路，在充放电设备输出回路中串入MOS管，在电池正常连接时，在MOS管的栅极（G级）和源级（S级）之间施加驱动电压Vgs，MOS管的漏级（D级）和源级（S级）导通，在电池反接时，将驱动电压Vgs置为0，MOS管不导通。

然而，该技术方案中，无法防止可能存在的电流倒灌，即外部电压比内部电压高时，或内部充放电设备存在损坏时，即使MOS管未导通，外部电流也可以通过MOS管的体二极管倒灌至充放电设备，在充放电设备内部形成电流回路，从而导致电池损坏，另外，MOS管的GS级之间需放置电阻或电容来建立电压差，放置电阻时会产生漏电流，放置电容时电容电荷无法泄放。

发明内容

本申请实施例提供一种充放电设备输出防反接电路及充放电电路，以解决相关技术中防反接电路成本较高、可靠性差、无法防电流倒灌的技术问题。

第一方面，提供了一种充放电设备输出防反接电路，其包括：

电磁继电器LS1，其常开引脚通过电阻R1与第一电源VCC1相连；

两个对向设置的晶体管，其中一个晶体管的第二端用于与充放电设备的正极输出端相连，另一晶体管的第二端用于与电池的正极相连，两个晶体管的第一端相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，两个晶体管的第三端相连后与所述电磁继电器LS1的常闭引脚相连；

运算放大器U1，其正向输入端用于与连接电池正极的正极端口相连，其反向输入端用于与连接电池负极的负极端口相连；

检测回路，其与所述运算放大器U1的输出端相连，其用于根据所述运算放大器U1的输出结果对应输出高电平或低电平的控制信号K；

控制回路，其包括第二电源VCC2和第三晶体管Q3，所述第二电源VCC2和第三晶体管Q3的第二端分别连接所述电磁继电器LS1的线圈的两端，所述第三晶体管Q3的第一端与所述检测回路相连，所述第三晶体管Q3的第三端接地，所述第三晶体管Q3根据所述控制信号K进行开关断。

一些实施例中，两个对向设置的晶体管为场效应管。

一些实施例中，两个对向设置的晶体管分别为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，所述第一晶体管Q1的漏极用于与充放电设备的正极输出端相连，第二晶体管Q2的漏极用于与电池的正极相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的源极相连后与所述电磁继电器LS1的常闭引脚相连。

一些实施例中，所述第三晶体管Q3为场效应管。

一些实施例中，所述第三晶体管Q3的栅极与所述检测回路相连，所述第三晶体管Q3的漏极与所述电磁继电器LS1的线圈相连，所述第三晶体管Q3的源极接地。

一些实施例中，所述第一电源VCC1和电池电压的差值大于等于所述晶体管的导通电压阈值。

一些实施例中，所述控制回路还包括电阻R2，所述第二电源VCC2通过电阻R2与所述电磁继电器LS1的线圈相连。

一些实施例中，所述控制回路还包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述第三晶体管Q3的第二端相连，所述二极管D1的阴极与第二电源VCC2相连。

一些实施例中，两个对向设置的晶体管均内置有二极管D0，二极管D0的阳极与对应的晶体管的第三端相连，二极管D0的阴极与对应的晶体管的第二端相连。

第二方面，提供了一种充放电电路，包括：

充放电设备；

所述充放电设备输出防反接电路，其与所述充放电设备相连。

本申请实施例提供了一种充放电设备输出防反接电路，可有效防止电池反接，保护充放电设备和电池，而且成本低，可以防止电流倒灌，可靠性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中提供的第一种防反接电路；

图2为现有技术中提供的第二种防反接电路；

图3为本申请实施例提供的充放电设备输出防反接电路。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图3所示，本申请实施例提供了一种充放电设备输出防反接电路，其包括电磁继电器LS1、两个对向设置的晶体管、运算放大器U1、检测回路和控制回路。

电磁继电器LS1的常开引脚通过电阻R1与第一电源VCC1相连；两个对向设置的晶体管中，其中一个晶体管的第二端用于与充放电设备的正极输出端相连，另一晶体管的第二端用于与电池的正极相连，两个晶体管的第一端相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，两个晶体管的第三端相连后与所述电磁继电器LS1的常闭引脚相连；运算放大器U1的正向输入端用于与连接电池正极的正极端口Vbat+相连，其反向输入端用于与连接电池负极的负极端口Vbat-相连；检测回路与所述运算放大器U1的输出端相连，其用于根据所述运算放大器U1的输出结果对应输出高电平或低电平的控制信号K；控制回路包括第二电源VCC2和第三晶体管Q3，所述第二电源VCC2和第三晶体管Q3的第二端分别连接所述电磁继电器LS1的线圈的两端，所述第三晶体管Q3的第一端与所述检测回路相连，所述第三晶体管Q3的第三端接地，所述第三晶体管Q3根据所述控制信号K进行开关断。

以两个晶体管均为MOS管为例，且两个晶体管分别记为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，本申请实施例的充放电设备输出防反接电路的工作原理为：

设备未上电时，控制信号K为低电平，电磁继电器LS1处于静止状态，触点引脚和常闭引脚连接，即第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的G极（栅极）通过电磁继电器LS1与自身的S极（源极）相连，即G极和S极处于短路状态，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2不导通，此时，若外部电池反接，外部电池的负压也会被第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的体二极管阻挡，无法形成电流回路，不会对充放电设备造成影响，起到很好的防反接作用；

在设备上电后，检测回路输出的控制信号K为低电平，若运算放大器U1检测端口的电压，若电压为正，则表示外部电池正常连接，检测回路输出高电平的控制信号K，第三晶体管Q3导通，使得控制回路连通，电磁继电器LS1的线圈通电，继电器吸合，触点引脚和常闭引脚断开，触点引脚和常开引脚相连，即第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的G极与S极断开，且第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的G极通过电阻R1与第一电源VCC1相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通，使得充放电设备与连接电池的端口连通；

若运算放大器U1检测端口的电压为负，则表示外部电池反接，检测回路输出低电平的控制信号K，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2保持不导通，不会对充放电设备造成影响，起到很好的防反接作用；

在电池正常连接及充放电过程中，若充放电设备发生故障，可通过检测回路将控制信号K由高电平置为低电平，电磁继电器LS1的线圈断开，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的G极与S极之间的驱动电压通过常闭引脚被快速拉低，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2快速关断，使得充放电设备和电池之间断开，对电池起到很好的保护作用。

本申请实施例的充放电设备输出防反接电路，可有效防止电池反接，保护充放电设备和电池，而且成本低，可以防止电流倒灌，可靠性好。

需要说明的是，本申请实施例的检测回路可以理解为根据运算放大器U1的输出结果对应输出高电平或低电平的控制信号K，具体为，当运算放大器U1检测到电池正接时，检测回路输出高电平的控制信号K，使第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通，电路进行正常充放电，当运算放大器U1检测到电池反接时，检测回路输出低电平的控制信号K，使第一晶体管Q1和第二晶体管Q2不导通，保护充放电设备和电池，且当充放电设备未上电或发生故障时，检测回路输出低电平的控制信号K，使第一晶体管Q1和第二晶体管Q2不导通，对电池起到很好的保护作用。此处的检测回路为具备上述功能的电路，为现有技术，在此不做赘述。

更进一步地，在本申请实施例中，两个对向设置的晶体管为场效应管。两个对向设置的晶体管分别为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，所述第一晶体管Q1的漏极用于与充放电设备的正极输出端相连，第二晶体管Q2的漏极用于与电池的正极相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的源极相连后与所述电磁继电器LS1的常闭引脚相连。

本申请实施例中，两个对向设置的晶体管为场效应管，场效应管为电压控制器件，通过栅源电压来控制漏极电流，此处使用场效应管，一方面，使得电路损耗较小，另一方面，开关速度快，控制更加方便。

更进一步地，在本申请实施例中，所述第三晶体管Q3为场效应管。所述第三晶体管Q3的栅极与所述检测回路相连，所述第三晶体管Q3的漏极与所述电磁继电器LS1的线圈相连，所述第三晶体管Q3的源极接地。

更进一步地，在本申请实施例中，所述第一电源VCC1和电池电压的差值大于等于所述晶体管的导通电压阈值，可以保证在电池正接的情况下，两个对向设置的晶体管导通，整个电路进行正常的充放电。

更进一步地，在本申请实施例中，所述控制回路还包括电阻R2，所述第二电源VCC2通过电阻R2与所述电磁继电器LS1的线圈相连。

更进一步地，在本申请实施例中，所述控制回路还包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述第三晶体管Q3的第二端相连，所述二极管D1的阴极与第二电源VCC2相连。即，二极管D1连接在所述电磁继电器LS1的线圈的两端。本申请实施例的二极管D1用于给所述电磁继电器LS1的线圈放电。

更进一步地，在本申请实施例中，两个对向设置的晶体管均内置有二极管D0，二极管D0的阳极与对应的晶体管的第三端相连，二极管D0的阴极与对应的晶体管的第二端相连。

本申请实施例还提供了一种充放电电路，包括：充放电设备、上述充放电设备输出防反接电路，充放电设备输出防反接电路与所述充放电设备相连。

具体地，在本申请实施例的充放电电路中，第一晶体管Q1的漏极与充放电设备的正极输出端相连，第二晶体管Q2的漏极与电池的正极相连，即第二晶体管Q2的漏极与正极端口Vbat+，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，充放电设备的负极输出端与负极端口Vbat-相连，且接地。运算放大器U1的正向输入端与连接电池正极的正极端口Vbat+相连，其反向输入端用于与连接电池负极的负极端口Vbat-相连。

本申请实施例的充放电电路，可有效防止电池反接，保护充放电设备和电池，而且成本低，可以防止电流倒灌，可靠性好。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种充放电设备输出防反接电路，其特征在于，其包括：

电磁继电器LS1，其常开引脚通过电阻R1与第一电源VCC1相连；

两个对向设置的晶体管，其中一个晶体管的第二端用于与充放电设备的正极输出端相连，另一晶体管的第二端用于与电池的正极相连，两个晶体管的第一端相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，两个晶体管的第三端相连后与所述电磁继电器LS1的常闭引脚相连；

运算放大器U1，其正向输入端用于与连接电池正极的正极端口相连，其反向输入端用于与连接电池负极的负极端口相连；

检测回路，其与所述运算放大器U1的输出端相连，其用于根据所述运算放大器U1的输出结果对应输出高电平或低电平的控制信号K；

控制回路，其包括第二电源VCC2和第三晶体管Q3，所述第二电源VCC2和第三晶体管Q3的第二端分别连接所述电磁继电器LS1的线圈的两端，所述第三晶体管Q3的第一端与所述检测回路相连，所述第三晶体管Q3的第三端接地，所述第三晶体管Q3根据所述控制信号K进行开关断；

所述两个对向设置的晶体管为场效应管；两个对向设置的晶体管分别为第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，所述第一晶体管Q1的漏极用于与充放电设备的正极输出端相连，第二晶体管Q2的漏极用于与电池的正极相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的栅极相连后与所述电磁继电器LS1的触点引脚相连，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的源极相连后与所述电磁继电器LS1的常闭引脚相连；

所述第三晶体管Q3为场效应管；所述第三晶体管Q3的栅极与所述检测回路相连，所述第三晶体管Q3的漏极与所述电磁继电器LS1的线圈相连，所述第三晶体管Q3的源极接地。

2.如权利要求1所述的充放电设备输出防反接电路，其特征在于：所述第一电源VCC1和电池电压的差值大于等于所述晶体管的导通电压阈值。

3.如权利要求1所述的充放电设备输出防反接电路，其特征在于：所述控制回路还包括电阻R2，所述第二电源VCC2通过电阻R2与所述电磁继电器LS1的线圈相连。

4.如权利要求1所述的充放电设备输出防反接电路，其特征在于：所述控制回路还包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述第三晶体管Q3的漏级相连，所述二极管D1的阴极与第二电源VCC2相连。

5.如权利要求1所述的充放电设备输出防反接电路，其特征在于：所述两个对向设置的晶体管均内置有二极管D0，二极管D0的阳极与对应的晶体管的源极相连，二极管D0的阴极与对应的晶体管的漏级相连。

6.一种充放电电路，其特征在于，包括：

充放电设备；

如权利要求1至5任一项所述的充放电设备输出防反接电路，其与所述充放电设备相连。

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