CN113097976A - 一种电池保护电路的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源保护电路技术领域，尤其涉及一种电池保护电路的控制系统，包括：电池保护单元的输入端连接一电池组；电子开关单元，分别连接电池组和电池保护单元，电子开关单元用于在电池组工作异常时切断电池组；控制单元的输入端连接供电单元，控制单元的输出端连接电子开关单元，用于控制电子开关单元的启停；控制单元具体包括按键开关、控制电路以及微控制芯片，微控制芯片在上电后根据按键开关的按压状态控制电子开关单元启停。有益效果：控制电池保护电路的启停，以降低电子产品的静态功耗，提升电池的使用时间；此外，控制系统具有复位功能，可以在系统死机或故障时，通过按键开关对系统进行强制复位。

Description

一种电池保护电路的控制系统
技术领域
本发明涉及电源保护电路技术领域，尤其涉及一种电源保护电路的控制系统。
背景技术
随着电子产品的快速发展，越来越多的电子产品需要自带电池，这类产品注重电池的续航能力，因此在产品设计开发时需重点关注电路的功耗，特别是在待机或关机情况下的静态功耗。如果静态功耗低，电子产品在充满电后的存放时间越长，电池使用时间更长。带电池的电子产品都会有电池保护电路，如图1所示，通常由电池监测电路和电子开关单元电路组成，通过电池监测电路对电池进行实时监测，以实现短路保护、过流保护、过充保护、过放保护、低温保护、高温保护等。
在现有技术中，电子产品在待机或关机状态下，电池保护电路仍然处于开启状态，这会增加系统的静态功耗，此外，现有技术中没有针对保护电路进行复位的功能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种电源保护电路的控制系统。
具体技术方案如下：
本发明包括一种电池保护电路的控制系统，包括：
一电池保护单元，所述电池保护单元的输入端连接一电池组，用于监测所述电池组的工作状况；
一电子开关单元，分别连接所述电池组和所述电池保护单元，所述电子开关单元用于在所述电池组工作异常时切断所述电池组；
一控制单元，所述控制单元的输入端连接一供电单元，所述控制单元的输出端连接所述电子开关单元，用于控制所述电子开关单元的开启或关断，所述控制单元具体包括：
一按键开关；
一控制电路，所述控制电路的第一输入端连接所述按键开关，所述控制电路的输出端作为所述控制单元的输出端，当按下所述按键开关时，会触发所述控制电路导通所述电子开关单元；
一微控制芯片，所述微控制芯片的第一输入端连接所述按键开关，所述微控制芯片的输出端连接所述控制电路的第二输入端，在所述电子开关单元导通后所述微控制芯片上电，所述微控制芯片根据所述按键开关的按压状态输出不同的控制信号，当所述微控制芯片判断所述按键开关的按压时间达到一第一预设时间时输出一控制信号，用以控制所述电子开关单元启停。
优选的，所述控制单元通过所述电池保护单元连接所述电子开关单元。
优选的，所述控制单元与所述电子开关单元直接连接。
优选的，所述控制单元还包括一复位单元，所述复位单元的输入端连接所述按键开关，所述复位单元的输出端连接所述微控制芯片的第三输入端，当所述按键开关被持续按压达到一第二预设时间后，所述复位单元向所述微控制芯片输出一复位信号，对所述微控制芯片进行强制复位。
优选的，所述第二预设时间大于所述第一预设时间。
优选的，所述控制信号包括高电平或低电平：
当所述控制系统处于关闭状态时，所述控制信号为高电平，所述微控制芯片向所述控制电路输出所述高电平，以控制所述电子开关单元开启；
当所述控制系统处于开启状态时，所述控制信号为低电平，所述微控制芯片向所述控制电路输出所述低电平，以控制所述电子开关单元关断。
优选的，所述控制系统还包括一充电管理单元，所述充电管理单元的输出端分别连接所述供电单元的电池输入端，以及通过所述电子开关单元连接所述电池。
本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供一种电池保护电路的控制系统，用于控制电池保护电路的启停，以降低电子产品的静态功耗，提升电池的使用时间；此外，本发明的控制系统具有复位功能，可以在系统死机或故障时，通过按键开关对系统进行强制复位，使得系统恢复正常运行。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为现有技术中电池保护电路的原理框图；
图2为本发明实施例中的第一种控制系统的原理框图；
图3为本发明实施例中的第二种控制系统的原理框图；
图4为本发明实施例中的控制系统的开机流程图；
图5为本发明实施例中的控制系统的关机流程图；
图6为本发明实施例中的第一种控制系统的电路结构图；
图7为本发明实施例中的第二种控制系统的第一类电路结构图；
图8为本发明实施例中的第二种控制系统的第二类电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种电池保护电路的控制系统，如图2和图3所示，包括：
一电池保护单元1，与一电池组2连接，电池保护单元1包括：
一电池保护单元1，电池保护单元1的输入端连接一电池组2，用于监测电池组2的工作状况；
一电子开关单元3，分别连接电池组2和电池保护单元1，电子开关单元3用于在电池组2工作异常时切断电池组2；
一控制单元4，连接电池保护单元1，用于控制电子开关单元3的开启或关断。
一电池保护单元1，电池保护单元1的输入端连接一电池组2，用于监测电池组2的工作状况；
一电子开关单元单元3，分别连接电池组2和电池保护单元1，电子开关单元单元3用于在电池组2工作异常时切断电池组2；
一控制单元4，控制单元4的输入端连接一供电单元5，控制单元4的输出端连接电子开关单元单元3，用于控制电子开关单元单元3的开启或关断，控制单元4具体包括：
一按键开关401；
一控制电路403，控制电路403的第一输入端连接按键开关401，控制电路403的输出端作为控制单元4的输出端，当按下按键开关401时，会触发控制电路403导通电子开关单元3；
一微控制芯片402，微控制芯片402的第一输入端连接按键开关401，MCU的输出端连接控制电路403的第二输入端，在电子开关单元3导通后，MCU上电开始工作，MCU工作时会去检测按键开关401是否按下，如果是按下的状态MCU就会输出PC_ON控制信号给控制电路403，代替手动的按键开关401，此时，即使用户松开按键开关401后，也因为PC_ON信号控制着控制电路403打开电子开关单元3，系统电源得以维持正常工作；控制系统关机时同理，用户松开按键开关401后，MCU停止输出PC_ON信号，整个控制系统失去电力，进入初始状态。需要说明的是，控制系统的启停都需要按下按键开关401达到第一预设时间，避免控制系统误启动或误关闭。
具体地，电子开关单元3通常采用MOS管，当电池组2出现过充、过放、过流、短路等任意一种异常状况时，控制单元4向电池保护单元1发送控制信号，触发电子开关单元3关闭，以达到保护电池的目的。当这个电子开关单元3关闭后，电池组2与系统中其它电路处于断开状态，此时电池组2的电能消耗最小，基本等同于电池自身的自放电。本发明根据这一原理来实现在待机或关机后的最低静态功耗，在系统关机或待机后关闭电池保护电路中的电子开关单元3。但用户操作开机按键时又要能打开这个电子开关单元3，以使系统能正常供电。本实施例中通过控制单元4对电子开关单元3进行启停，以降低电子产品的静态功耗。
具体地，本实施例中包括两种控制系统的结构，图2所示为第一种控制系统，MCU的输出端通过控制电路403连接电池保护单元1，电池保护单元1与电子开关单元3连接，该方案是通过控制电池保护电路的使能，促使电池保护单元1关闭电子开关单元3，从而实现对电池保护单元1的启停，降低系统的静态功耗。具体的电路结构如图6所示，当控制单元4通过电池保护单元1连接电子开关单元3时，控制单4元的输出端通过第一三极管Q1连接第一芯片U1的第五输入引脚CTL。
具体地，如图4所示，在关机状态下用户按下按键开关401，此时电池组2的外部电源通过按键开关401给控制电路403供电，控制电路403使能电池保护单元1打开电子开关单元3，电池组2经电子开关单元3给供电单元供电。此时，微控制芯片(Micro-controllerUnit，简称MCU)开始上电，程序执行初始化。为了减少因误操作引起的误开或误关，本实施例中按键开关401设计成长按开启或关闭，在初始化时，MCU检测判断按键开关401是否处于长按状态，用户按压按键开关401达到第一预设时间开机或关机，本实施例中第一预设时间优选为3S。需要说明的是，本实施例中的按键开关401也可以设计成短按开机或关机。如果MCU判断按键开关401不是长按状态，则执行关机程序，回到关机或待机状态；如果是长按状态，则MCU的PC_ON引脚输出高电平，代替按键开关401，锁定控制电路。这时，用户松开按键开关401后，也因MCU的PC_ON引脚已经锁定控制电路开启，因此不会断电，系统进入开机正常工作状态。
如图5所示，在系统运行状态下，用户长按按键开关401后，MCU检测按键开关处于长按，识别为关机命令后，执行关机程序。关机程序中MCU控制PC_ON引脚输出低电平，且等待按键开关401弹起释放。因PC_ON引脚和按键开关401均处于关闭状态，控制电路关闭保护电路，从而电子开关单元关闭，此时系统被断电。整个控制系统基本只有电池自身的自耗电，达到了最小的静态功耗目的。
具体地，图3所示为本实施例中第二种控制系统，控制单元4直接连接电子开关单元3。控制单元4直接控制电子开关单元3的开启和关闭，此时控制单元4的开关控制信号和电池保护电路1的开关控制信号是逻辑“与”的关系，即两者都开启时，电子开关单元3才会开启；任意开关控制信号是关时(例如控制单元4关闭或者电池保护单元1发生保护关闭)，电子开关单元3都处于关闭状态。本实施例中的第二种控制系统适用于没有使能功能的电路，具体的电路结构如图7和8所示，控制单元4直接连接电子开关单元3时，控制系统还包括：第三开关管S3，第三开关管S3的栅极连接控制单元4的输出端，第三开关管S3的漏极连接第一芯片U1的第二输出引脚DSG，第三开关管S3的源极连接第二开关管S2的栅极。
在一种较优的实施例中，如图2和图3所示，控制系统还包括一复位单元6，复位单元6的输入端连接按键开关401，复位单元6的输出端连接微控制芯片MCU的第二输入端，当按键开关401被持续按压达到一第二预设时间后，复位单元6向MCU输出一复位信号，对MCU进行强制复位。第二预设时间优选为10S，当因意外情况导致系统死机时，可以通过长按按键开关401达到10S来实现控制系统复位。按键开关401通过延时电路来控制复位开关电路，当到达延时时间后，输出控制信号给复位单元6，控制系统复位。
具体地，在控制单元4通过电池保护单元1连接电子开关单元3的实施例中，如图6所示，复位单元6具体包括：第二三极管Q2，Q2的基极通过电阻R15、二极管D2连接按键开关K1，Q2的发射极连接电阻R16，Q2的集电极通过二极管D3、电阻R19连接第三三极管Q3的基极，Q3的发射极接地，Q3的集电极连接MCU的输入端，用于向MCU输入复位控制信号。
作为另外一种较优的实施方式，如图7和8所示，在控制单元4直接连接电子开关单元3时，如图2和3所示，复位单元具体包括：第四开关管S4，第四开关管S4的漏极连接MCU的输入端，用于输入复位控制信号，S4的栅极连接按键开关K1，S4的源极接地。
在一种较优的实施例中，如图2和3所示，控制信号包括高电平或低电平。当控制系统处于关闭状态时，控制信号为高电平，微控制芯片402向控制电路输出高电平，以控制电子开关单元3开启；当控制系统处于开启状态时，控制信号为低电平，微控制芯片402向控制电路403输出低电平，以控制电子开关单元3关断。
在一种较优的实施例中，如图2和3所示，控制系统还包括一充电管理单元7，充电管理单元7的输出端分别连接供电单元5的电池输入端，以及通过电子开关单元3连接电池组2。在本实施例中充电管理单元7作为外部电源为电池组提供充电电压。在电子开关单元3关断时，电池组2与充电管理单元7和供电单元5的连接切断，此时控制系统被断电，整个控制系统基本只有电池自身的自耗电，达到了最小的静态功耗目的。
本发明技术方案的有益效果在于：本发明提供一种电池保护电路的控制系统，用于控制电池保护电路的启停，以降低电子产品的静态功耗，提升电池的使用时间；此外，本发明的控制系统具有复位功能，可以在系统死机或故障时，通过按键开关对系统进行强制复位，使得系统恢复正常运行。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电池保护电路的控制系统，其特征在于，包括：
一电池保护单元，所述电池保护单元的输入端连接一电池组，用于监测所述电池组的工作状况；
一电子开关单元，分别连接所述电池组和所述电池保护单元，所述电子开关单元用于在所述电池组工作异常时切断所述电池组；
一控制单元，所述控制单元的输入端连接一供电单元，所述控制单元的输出端连接所述电子开关单元，用于控制所述电子开关单元的开启或关断，所述控制单元具体包括：
一按键开关；
一控制电路，所述控制电路的第一输入端连接所述按键开关，所述控制电路的输出端作为所述控制单元的输出端，当按下所述按键开关时，会触发所述控制电路导通所述电子开关单元；
一微控制芯片，所述微控制芯片的第一输入端连接所述按键开关，所述微控制芯片的输出端连接所述控制电路的第二输入端，在所述电子开关单元导通后所述微控制芯片上电，所述微控制芯片根据所述按键开关的按压状态输出不同的控制信号，当所述微控制芯片判断所述按键开关的按压时间达到一第一预设时间时输出一控制信号，用以控制所述电子开关单元启停。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元通过所述电池保护单元连接所述电子开关单元。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元与所述电子开关单元直接连接。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括一复位单元，所述复位单元的输入端连接所述按键开关，所述复位单元的输出端连接所述微控制芯片的第二输入端，当所述按键开关被持续按压达到一第二预设时间后，所述复位单元向所述微控制芯片输出一复位信号，对所述微控制芯片进行强制复位。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述第二预设时间大于所述第一预设时间。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制信号包括高电平或低电平：
当所述控制系统处于关闭状态时，所述控制信号为高电平，所述微控制芯片向所述控制电路输出所述高电平，以控制所述电子开关单元开启；
当所述控制系统处于开启状态时，所述控制信号为低电平，所述微控制芯片向所述控制电路输出所述低电平，以控制所述电子开关单元关断。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括一充电管理单元，所述充电管理单元的输出端分别连接所述供电单元的电池输入端，以及通过所述电子开关单元连接所述电池。
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