CN113258640B - 一种电池的过流保护电路及电源设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于电池管理技术领域，提供了一种电池的过流保护电路及电源设备，其中，过流保护电路包括设置在电池的充放电回路中的开关单元，还包括：电流检测单元，设置在充放电回路中，用于检测电池在充放电时充放电回路中的电流信号，并向比较器电路反馈该电流信号；比较器电路，与电流检测单元连接，用于在检测到该电流信号的电流值大于第一电流阈值时向第一开关控制单元发送关断控制信号；第一开关控制单元，与比较器电路和开关单元连接，用于在接收到该关断控制信号时关断开关单元，从而可以缩短过流保护电路对电池进行过流保护操作时的响应时间，加快开关单元的关断速度，降低电池被损坏的可能性。

Description

一种电池的过流保护电路及电源设备

技术领域

本申请属于电池管理技术领域，尤其涉及一种电池的过流保护电路及电源设备。

背景技术

电池管理系统(battery management system，BMS)中通常包括用于对电池进行过流保护的过流保护电路，过流保护电路在检测到电池的充放电回路中存在过流信号时会关断设置在电池的充放电回路中的开关管，进而切断电池的充放电回路，避免过流信号产生的巨大能量对电池造成损坏。

然而，现有的过流保护电路是通过软件算法将充放电回路中的电流大小与预设电流阈值进行对比，进而判断电池的充放电回路中是否存在过流信号，这样，从充放电回路中存在过流信号到过流保护电路开始关断充放电回路中的开关管需要较长的时间，导致开关管的关断速度较慢，而这段时间内过流信号产生的能量很容易导致电池损坏。由此可见，现有的过流保护电路存在对电池进行过流保护操作时的响应时间较长，导致充放电回路中的开关管的关断速度较慢，进而导致电池容易被损坏的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电池的过流保护电路及电源设备，以解决现有的电池的过流保护电路在对电池进行过流保护操作时的响应时间较长，导致充放电回路中的开关管的关断速度较慢，进而导致电池容易被损坏的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种电池的过流保护电路，包括设置在所述电池的充放电回路中的开关单元，所述过流保护电路还包括：

电流检测单元，设置在所述充放电回路中，用于检测所述电池在充放电时所述充放电回路中的电流信号，并向比较器电路反馈所述电流信号；

所述比较器电路，与所述电流检测单元连接，用于在检测到所述电流信号的电流值大于第一电流阈值时向第一开关控制单元发送关断控制信号；

所述第一开关控制单元，与所述比较器电路和所述开关单元连接，用于在接收到所述关断控制信号时关断所述开关单元。

可选的，所述过流保护电路还包括：

主控单元，与所述电池和所述电流检测单元连接，用于监控所述电池的运行状态，并基于所述运行状态输出对应的开关控制信号至第二开关控制单元；

所述第二开关控制单元，与所述主控单元和所述开关单元连接，用于根据所述开关控制信号控制所述开关单元导通或关断；

开关驱动单元，与所述电池的正极和所述第二开关控制单元连接，用于为所述第二开关控制单元提供开关驱动电压。

可选的，所述过流保护电路还包括：

自激振荡单元，与所述开关驱动单元连接，用于为所述开关驱动单元提供驱动信号；

相应的，所述开关驱动单元具体用于在所述驱动信号的驱动下将基准电压转换为所述开关驱动电压。

可选的，所述过流保护电路还包括：

基准电压单元，与所述电池的正极和所述开关驱动单元连接，用于将所述电池的正极的电压转换为所述基准电压，并为所述开关驱动单元提供所述基准电压。

可选的，所述开关单元包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的第一导通端与所述电池的正极连接，所述第一开关管的第二导通端与所述第二开关管的第一导通端连接，所述第一开关管的受控端与所述第二开关控制单元连接；所述第一开关管用于在所述电池充电时接通或切断所述电池所在的充电回路；

所述第二开关管的第二导通端与所述正充放电端口连接，所述第二开关管的受控端与所述第二开关控制单元连接；所述第二开关管用于在所述电池放电时接通或切断所述电池所在的放电回路。

可选的，所述第二开关控制单元包括：第一关断单元、第一导通单元、第二关断单元及第二导通单元；

所述第一关断单元的第一控制端与所述电池的正极连接，所述第一关断单元的第二控制端和第三控制端均与所述第一导通单元连接；所述第一导通单元的受控端与所述主控单元的充电控制端连接，所述第一导通单元的驱动端与所述开关驱动单元连接，所述第一导通单元的第一控制端与所述电池的正极连接，所述第一导通单元的第二控制端与所述第一开关管的受控端连接；

所述第二关断单元的第一控制端与所述第二开关管的第二导通端连接，所述第二关断单元的第二控制端和第三控制端均与所述第二导通单元连接；所述第二导通单元的受控端与所述主控单元的放电控制端连接，所述第二导通单元的驱动端与所述开关驱动单元连接，所述第二导通单元的第一控制端与所述第二开关管的第二导通端连接，所述第二导通单元的第二控制端与所述第二开关管的受控端连接。

可选的，所述电流检测单元的第一检测端与所述电池的负极连接，所述电流检测单元的第二检测端与所述电池的负充放电端口连接，所述电流检测单元的第一输出端与所述比较器电路连接；所述电流检测单元包括第四十一电阻，所述第四十一电阻的第一端为所述电流检测单元的第一检测端和第一输出端，所述第四十一电阻的第二端接地，且所述第四十一电阻的第二端为所述电流检测单元的第二输出端。

可选的，所述比较器电路的输入端与所述电流检测单元的第一输出端连接，所述比较器电路的输出端与所述第一开关控制单元连接；所述比较器电路包括：第四十二电阻、第四十三电阻、第四十四电阻、第十三电容及第二比较器；

所述第二比较器的反相输入端为所述比较器电路的输入端，所述第四十二电阻的第一端和所述第四十三电阻的第一端共接于所述第二比较器的同相输入端，所述第四十二电阻的第二端与所述第二比较器的参考电压端连接，所述第四十三电阻的第二端与所述第二比较器的输出端共接作为所述比较器电路的输出端，所述第二比较器的地端接地，所述第四十四电阻的第一端用于接收所述比较器电路的工作电压，所述第四十四电阻的第二端和所述第十三电容的第一端共接于所述第二比较器的电源端，所述第十三电容的第二端接地。

可选的，所述第一开关控制单元的输入端与所述比较器电路的输出端连接，所述第一开关控制单元的输出端与所述开关单元连接；所述第一开关控制单元包括：第四十五电阻、第四十六电阻、第四十七电阻、第九二极管及第十四开关管；

所述第四十五电阻的第一端为所述第一开关控制单元的输入端，所述第四十五电阻的第二端和所述第四十六电阻的第一端共接于所述第十四开关管的受控端，所述第四十六电阻的第二端和所述第十四开关管的第二导通端均接地，所述第十四开关管的第一导通端与所述第四十七电阻的第一端连接，所述第四十七电阻的第二端与所述第九二极管的阴极连接，所述第九二极管的阳极为所述第一开关控制单元的输出端。

第二方面，本申请实施例提供一种电源设备，包括电池以及上述第一方面所述的过流保护电路，所述过流保护电路与所述电池连接。

实施本申请实施例提供的一种电池的过流保护电路及电源设备具有以下有益效果：

本申请实施例提供的电池的过流保护电路，当电流检测单元向比较器电路反馈的电流信号的电流值大于第一电流阈值时，可以直接触发比较器电路向第一开关控制单元输出关断控制信号，第一开关控制单元可以基于该关断控制信号关断电池的充放电回路中的开关单元，进而切断电池的充放电回路。与现有技术相比，由于比较器电路无需通过软件算法来判断并确认充放电回路中是否存在过流信号，其特有的比较器结构可以在充放电回路中存在过流信号时直接输出关断控制信号，因此可以缩短从充放电回路中存在过流信号到开始关断充放电回路中的开关单元所需的时间，即可以缩短过流保护电路对电池进行过流保护操作时的响应时间，加快开关单元的关断速度，从而降低了电池被损坏的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电池的过流保护电路的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的一种电池的过流保护电路的结构示意；

图3为本申请又一实施例提供的一种电池的过流保护电路的结构示意；

图4为本申请实施例提供的一种电池的过流保护电路的电路原理示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电源设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种电池的过流保护电路的结构示意图。该过流保护电路100可以与电池200连接。在具体应用中，电池200可以由多个电芯串联而成，即电池200中的每个电芯的正极与前一个电芯的负极连接，每个电芯的负极与后一个电芯的正极连接，基于此，电池200中第一个电芯的正极为电池200的正极，电池200中最后一个电芯的负极为电池200的负极。示例性的，电池200可以为二次电池，例如锂离子电池。

本申请实施例中，过流保护电路100包括：电流检测单元11、比较器电路12、第一开关控制单元13以及设置在电池200的充放电回路中的开关单元14。其中，电池200的充放电回路指电池200在充电或放电时由电池200的正极至电池200的负极的回路。

具体地，电流检测单元11，设置在电池200的充放电回路中，电流检测单元11用于检测电池200在充放电时其充放电回路中的电流信号，并向比较器电路12反馈该电流信号。

在一种可能的实现方式中，电流检测单元11的第一检测端可以与电池200的负极连接，电流检测单元11的第二检测端与电池200的负充放电端口PACK-连接。开关单元14的第一导通端可以与电池200的正极连接，开关单元14的第二导通端可以与电池200的正充放电端口PACK+连接。其中，电池200的正充放电端口PACK+和负充放电端口PACK-用于连接负载或充电设备。

具体地，比较器电路12，与电流检测单元11连接，比较器电路12用于在检测到上述电流信号的电流值大于第一电流阈值时向第一开关控制单元13发送关断控制信号。

其中，第一电流阈值可以根据实际需求设置，此处不对其进行限制。

示例性的，关断控制信号可以为高电平信号。

在一种可能的实现方式中，比较器电路12的输入端可以与电流检测单元11的第一输出端连接。

具体地，第一开关控制单元13，与比较器电路12和开关单元14连接，第一开关控制单元13用于在接收到关断控制信号时关断开关单元14。

在一种可能的实现方式中，第一开关控制单元13的输入端可以与比较器电路12的输出端连接，第一开关控制单元13的输出端可以与开关单元14的受控端连接。基于此，在实际应用中，第一开关控制单元13可以通过将开关单元14的受控端的电压泄放至大地的方式来关断开关单元14，进而切断电池200的充放电回路，使电池200停止充电或放电。

以上可以看出，本实施例提供的电池的过流保护电路，当电流检测单元向比较器电路反馈的电流信号的电流值大于第一电流阈值时，可以直接触发比较器电路向第一开关控制单元输出关断控制信号，第一开关控制单元可以基于该关断控制信号关断电池的充放电回路中的开关单元，进而切断电池的充放电回路。与现有技术相比，由于比较器电路无需通过软件算法来判断并确认充放电回路中是否存在过流信号，其特有的比较器结构可以在充放电回路中存在过流信号时直接输出关断控制信号，因此可以缩短从充放电回路中存在过流信号到开始关断充放电回路中的开关单元所需的时间，即可以缩短过流保护电路对电池进行过流保护操作时的响应时间，加快开关单元的关断速度，从而降低了电池被损坏的可能性。同时，由于开关单元设置在电池的正极与正充放电端口之间，因此，当开关单元被关断时不会使过流保护电路的地与电池所应用的系统的地断开，从而使得过流保护电路在执行针对电池的安全保护操作时电池所应用的系统可以正常通讯。

请参阅图2，图2为本申请另一实施例提供的一种电池的过流保护电路的结构示意。与图1对应的实施例相比，本实施例中的过流保护电路100还包括：主控单元15、第二开关控制单元16及开关驱动单元17。

具体地，主控单元15，与电池200、电流检测单元11以及第二开关控制单元16连接，主控单元15用于监控电池200的运行状态，并基于该运行状态输出对应的开关控制信号至第二开关控制单元16。

在一种可能的实现方式中，主控单元15的电流检测端可以与电流检测单元11的输出端连接，主控单元15的控制端可以与第二开关控制单元16的受控端连接。在另一种可能的实现方式中，第二开关控制单元16的受控端还可以与开关单元14的受控端连接。

作为示例而非限定，主控单元15可以与电池200中的每个电芯的正极和负极连接，以对各个电芯的运行状态进行监控。具体地，主控单元15可以根据各个电芯的运行状态确定电池200的运行状态，例如，主控单元15可以在监控到任一电芯的运行状态异常时确定电池200的运行状态异常，以及在监控到所有电芯的运行状态均正常时确定电池200的运行状态正常。其中，电芯的运行状态异常包括但不限于电芯过压、过流以及过温等。

开关控制信号用于控制开关单元14导通或关断。本实施例中，开关控制信号可以包括第一开关控制信号和第二开关控制信号。其中，第一开关控制信号用于控制开关单元14导通，第二开关控制信号用于控制开关单元14关断。

主控单元15可以在电池200需要充放电时输出第一开关控制信号至第二开关控制单元16，以指示第二开关控制单元16导通开关单元14，进而接通电池200的充放电回路。当主控单元15监控到充放电过程中电池200的运行状态异常时可以输出第二开关控制信号至第二开关控制单元16，以指示第二开关控制单元16关断开关单元14，进而切断电池200的充放电回路。

具体地，第二开关控制单元16，与主控单元15和开关单元14连接，第二开关控制单元16用于根据上述开关控制信号控制开关单元14导通或关断。

具体地，开关驱动单元17，与电池200的正极和第二开关控制单元16连接，开关驱动单元17用于为第二开关控制单元16提供开关驱动电压。

本实施例中，开关驱动单元17可以在驱动信号的驱动下，将基准电压转换为用于驱动第二开关控制单元16工作的开关驱动电压，并将该开关驱动电压输出至开关驱动单元17。第二开关控制单元16在开关驱动电压的驱动下，当接收到主控单元15输出的第一开关控制信号时控制开关单元14导通；当接收到主控单元15输出的第二开关控制信号时控制开关单元14关断。

作为示例而非限定，上述驱动信号可以为脉冲宽度调制(Pulse widthmodulation，PWM)信号，该PWM信号可以由信号发生器提供，也可以由自激振荡电路提供，或者还可以通过其他方式提供，此处不做限制。在具体应用中，上述PWM信号可以是方波信号。

作为示例而非限定，上述基准电压可以由基准电压源提供。

需要说明的是，当开关单元14被控导通时，电池200所在的充放电回路被接通，此时电池100可以正常充放电；当开关单元14被控关断时，电池200所在的充放电回路被切断，此时电池100无法充放电。

以上可以看出，本实施例提供的电池的过流保护电路，第二开关控制单元在根据主控单元输出的开关控制信号控制开关单元关断，进而切断电池所在的充放电回路时，不会使过流保护电路的地与电池所应用的系统的地断开，从而使得过流保护电路在执行针对电池的安全保护操作时，电池所应用的系统可以正常通讯，这样，主控单元能够读取到与电池的负极对应的负充放电端口的电压，负充放电端口的信号的电压不会被抬高，且充放电回路中的开关管故障时可以被正常关断。同时，由于第二开关控制单元的受控端还与开关单元的受控端连接，因此，当第一开关控制单元对开关单元的受控端的电压进行泄放，导致开关单元的受控端的电压降低时，会触发第二开关控制单元也对开关单元的受控端的电压进行泄放，第一开关控制单元和第二开关控制单元同时对开关单元的受控端的电压进行泄放可以加快开关单元的关断速度，进而进一步降低电池被损坏的可能性。

请继续参阅图2，在本申请的又一个实施例中，过流保护电路100还包括与开关驱动单元17连接的自激振荡单元18。

具体地，自激振荡单元18用于为开关驱动单元17提供驱动信号。

相应的，开关驱动单元17具体用于在上述驱动信号的驱动下将基准电压转换为开关驱动电压。

本实施例中，自激振荡单元18可以产生PWM信号，该PWM信号可以作为用于驱动开关驱动单元17工作的驱动信号，以驱动开关驱动单元17进入工作状态。开关驱动单元17进入工作状态后，对基准电压进行电压转换，得到开关驱动电压，并将该开关驱动电压输出至第二开关控制单元16。

作为示例而非限定，开关驱动单元17可以对基准电压进行升压处理或降压处理，进而得到开关驱动电压。

请继续参阅图2，在本申请的又一个实施例中，过流保护电路100还包括与电池200的正极和开关驱动单元17连接的基准电压单元19。

具体地，基准电压单元19用于将电池200的正极的电压转换为基准电压，并为开关驱动单元17提供该基准电压。

请参阅图3，图3为本申请又一实施例提供的一种电池的过流保护电路的结构示意。与图2对应的实施例相比，本实施例中的开关单元14可以包括：第一开关管Q1和第二开关管Q2。

其中，第一开关管Q1用于对电池200所在的充电回路进行通断控制，第二开关管Q2用于对电池200所在的放电回路进行通断控制。其中，电池200所在的充电回路指电池200在充电时由电池200的正极至其负极的回路；电池200所在的放电回路指电池200在放电时由电池200的正极至其负极的回路。

具体地，第一开关管Q1的第一导通端与电池200的正极连接，第一开关管Q1的第二导通端与第二开关管Q2的第一导通端连接，第一开关管Q1的受控端与第二开关控制单元16连接；第一开关管Q1用于在电池200充电时接通或切断电池200所在的充电回路。

具体地，第二开关管Q2的第二导通端与正充放电端口PACK+连接，第二开关管Q2的受控端与第二开关控制单元16连接；第二开关管Q2用于在电池200放电时接通或切断电池200所在的放电回路。

基于此，请继续参阅图3，第二开关控制单元16可以包括：第一关断单元161、第一导通单元162、第二关断单元163及第二导通单元164。

具体地，第一关断单元161的第一控制端与电池200的正极连接，第一关断单元161的第二控制端和第三控制端均与第一导通单元162连接；第一导通单元162的受控端与主控单元15的充电控制端连接，第一导通单元162的驱动端与开关驱动单元17连接，第一导通单元162的第一控制端与电池200的正极连接，第一导通单元162的第二控制端与第一开关管Q1的受控端连接。

具体地，第二关断单元163的第一控制端与第二开关管Q2的第二导通端连接，第二关断单元163的第二控制端和第三控制端均与第二导通单元164连接；第二导通单元164的受控端与主控单元15的放电控制端连接，第二导通单元164的驱动端与开关驱动单元17连接，第二导通单元164的第一控制端与第二开关管Q2的第二导通端连接，第二导通单元164的第二控制端与第二开关管Q2的受控端连接。

其中，第一导通单元162的受控端和第二导通单元164的控制端构成第二开关控制单元16的控制端。主控单元15的充电控制端和放电控制端构成主控单元15的控制端。

本实施例中，当电池200充电时，主控单元15可以通过其充电控制端输出第一开关控制信号至第一导通单元162，第一导通单元162在开关驱动单元17提供的开关驱动电压的驱动以及该第一开关控制信号的控制下，控制第一开关管Q1导通，进而接通电池200所在的充电回路；主控单元15还可以通过其充电控制端输出第二开关控制信号至第一导通单元162，第一导通单元162在开关驱动单元17提供的开关驱动电压的驱动以及该第二开关控制信号的控制下，使得第一关断单元161控制第一开关管Q1关断，进而切断电池200所在的充电回路。

当电池200放电时，主控单元15可以通过其放电控制端输出第一开关控制信号至第二导通单元164，第二导通单元164在开关驱动单元17提供的开关驱动电压的驱动以及该第一开关控制信号的控制下，控制第二开关管Q2导通，进而接通电池200所在的放电回路；主控单元15还可以通过其放电控制端输出第二开关控制信号至第二导通单元164，第二导通单元164在开关驱动单元17提供的开关驱动电压的驱动以及该第二开关控制信号的控制下，使得第二关断单元163控制第二开关管Q2关断，进而切断电池200所在的放电回路。

基于此，请继续参阅图3，在一种可能的实现方式中，第一开关控制单元13的输出端可以与开关单元14中的第一开关管Q1的受控端连接。在该实现方式中，主控单元15的放电控制端可以与第一开关管Q1的受控端连接。

在另一种可能的实现方式中，第一开关控制单元13的输出端还可以与开关单元14中的第二开关管Q2的受控端连接。在该实现方式中，主控单元15的充电控制端可以与第二开关管Q2的受控端连接(图中未示出)。

在本申请的其他实施例中，开关单元14还可以仅包括一个开关管，该开关管用于对电池200所在的充放电回路进行控制。相应的，第二开关控制单元16可以仅包括一个用于对该开关管进行导通控制的导通单元和一个用于对该开关管进行关断控制的关断单元，第一开关控制单元13的输出端和主控单元15的控制端均可以与该开关管的受控端连接。

请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种过流保护电路的电路原理示意图。如图4所示，本实施例中，第一关断单元161包括：第一电阻R1、第八电阻R8、第一二极管D1、第四开关管Q4、第二电阻R2、第七电阻R7、第五开关管Q5、第十一电阻R11及第十二电阻R12。

具体地，第一电阻R1的第一端、第四开关管Q4的第一导通端及第二电阻R2的第一端共接作为第一关断单元161的第一控制端，第一电阻R1的第二端、第八电阻R8的第一端及第四开关管Q4的受控端共接，第八电阻R8的第二端与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极为第一关断单元161的第二控制端，第四开关管Q4的第二导通端、第七电阻R7的第一端及第十一电阻R11的第一端共接，第七电阻R7的第二端与第五开关管Q5的受控端连接，第五开关管Q5的第一导通端与第二电阻R2的第二端连接，第五开关管Q5的第二导通端与第十二电阻R12的第一端连接，第十一电阻R11的第二端与第十二电阻R12的第二端共接作为第一关断单元161的第三控制端。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，第一导通单元162包括：第四电阻R4、第三稳压管ZD3、第十五电阻R15、第十七电阻R17、第八开关管Q8、第十九电阻R19、第二十二电阻R22、第四稳压管ZD4、第七开关管Q7、第二十一电阻R21及第三二极管D3。

具体地，第三稳压管ZD3的阳极和第四电阻R4的第一端共接作为第一导通单元162的第一控制端，第三稳压管ZD3的阴极、第十七电阻R17的第一端、第四电阻R4的第二端及第十五电阻R15的第二端的共接点与第一关断单元161的第三控制端连接，第十五电阻R15的第一端为第一导通单元162的第二控制单，第十七电阻R17的第二端与第八开关管Q8的第一导通端连接，第八开关管Q8的受控端、第十九电阻R19的第二端、第四稳压管ZD4的阳极及第二十二电阻R22的第一端共接，第八开关管Q8的第二导通端、第四稳压管ZD4的阴极、第二十二电阻R22的第二端及第三二极管D3的阴极共接，第三二极管D3的阳极为第一导通单元162的驱动端，第十九电阻R19的第一端与第七开关管Q7的第一导通端的共接点与第一关断单元161的第二控制端连接，第七开关管Q7的受控端和第二十一电阻R21的第一端共接作为第一导通单元的受控端，第七开关管Q7的第二导通端与第二十一电阻R21的第二端均接地。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，第二关断单元163包括：第三电阻R3、第六电阻R6、第二二极管D2、第三开关管Q3、第五电阻R5、第十电阻R10、第六开关管Q6、第十三电阻R13及第十四电阻R14。

具体地，第三电阻R3的第一端、第三开关管Q3的第一导通端及第五电阻R5的第一端共接作为第二关断单元163的第一控制端，第三电阻R3的第二端、第六电阻R6的第一端及第三开关管Q3的受控端共接，第六电阻R6的第二端与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极为第二关断单元的第二控制端，第三开关管Q3的第二导通端、第十电阻R10的第一端及第十三电阻R13的第一端共接，第十电阻R10的第二端与第六开关管Q6的受控端连接，第六开关管Q6的第一导通端与第五电阻R5的第二端连接，第六开关管Q6的第二导通端与第十四电阻R14的第一端连接，第十三电阻R13的第二端与第十四电阻R14的第二端共接作为第二关断单元的第三控制端。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，第二导通单元164包括：第九电阻R9、第一稳压管ZD1、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第九开关管Q9、第二十电阻R20、第二十三电阻R23、第二稳压管ZD2、第十开关管Q10、第二十四电阻R24及第四二极管D4。

第一稳压管ZD1的阳极和第九电阻R9的第一端共接作为第二导通单元164的第一控制端，第一稳压管ZD1的阴极、第十八电阻R18的第一端、第九电阻R9的第二端及第十六电阻R16的第二端的共接点与第二关断单元163的第三控制端连接，第十六电阻R16的第一端与第二开关管Q2的受控端连接，第十八电阻R18的第二端与第九开关管Q9的第一导通端连接，第九开关管Q9的受控端、第二十电阻R20的第一端、第二稳压管ZD2的阳极及第二十三电阻R23的第一端共接，第九开关管Q9的第二导通端、第二稳压管ZD2的阴极、第二十三电阻R23的第二端及第四二极管D4的阴极共接，第四二极管D4的阳极为第二导通单元的驱动端，第二十电阻R20的第二端和第十开关管Q10的第一导通端的共接点与第二关断单元163的第二控制端连接，第十开关管Q10的受控端与第二十四电阻R24的第一端共接作为第二导通单元的受控端，第十开关管Q10的第二导通端与第二十四电阻R24的第二端均接地。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，开关驱动单元17包括：第五二极管D5、单向导电器件D6、第二电容C2、第二十八电阻R28、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三关管Q13、第三电容C3及第七电容C7。

具体地，第五二极管D5的阳极为开关驱动单元17的第一电压输入端，第五二极管D5的阴极与单向导电器件D6的第一端1连接，单向导电器件D6的第三端3与第三电容C3的第一端连接，单向导电器件D6的第二端2与第七电容C7的第二端共接作为开关驱动单元17的电压输出端，第二电容C2的第一端、第二十八电阻R28的第一端及第十一开关管Q11的第一导通端共接作为开关驱动单元17的基准电压输入端，第二电容C2的第二端接地，第二十八电阻R28的第二端、第十二开关管Q12的第一导通端、第十一开关管Q11的受控端及第十三关管Q13的受控端共接，第十三关管Q13的第一导通端与第三电容C3的第二端连接，第七电容C7的第二端、第十三关管Q13的第二导通端、第十二开关管Q12的第二导通端及第三十八电阻R38的第二端均接地，第三十八电阻R38的第二端、第三十七电阻R37的第二端及第十二开关管Q12的受控端共接，第三十七电阻R37的第一端为开关驱动单元17的驱动信号输入端。

本实施例中，单向导电器件D6可以由两个二极管(分别为二极管Da和二极管Db)串联而成，其中，二极管Da的阳极为单向导电器件D6的第一端1，二极管Da的阴极与二极管Db的阳极的共接点为单向导电器件D6的第三端3，二极管Db的阴极为单向导电器件D6的第二端2。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，自激振荡单元18包括：第二十六电阻R26、第一电容C1、第二十七电阻R27、第七二极管D7、第三十三电阻R33、第十二电容C12、第一比较器U2、第三十九电阻R39及第四十电阻R40。

具体地，第二十六电阻R26的第一端用于接收自激振荡单元18的工作电压VCC，第二十六电阻R26的第二端和第一电容C1的第一端共接于第一比较器U2的电源端6，第一电容C1的第二端接地，第七二极管D7的阳极、第三十三电阻R33的第二端、第一比较器U2的输出端1及第四十电阻R40的第二端共接，第七二极管D7的阴极与第二十七电阻R27的第二端连接，第二十七电阻R27的第一端、第三十三电阻R33的第一端、第十二电容C12的第一端及第一比较器U2的反相输入端4共接，第十二电容C12的第二端接地，第三十九电阻R39的第一端、第四十电阻R40的第一端及第一比较器U2的同相输入端3共接，第三十九电阻的第二端与第一比较器U2的参考电压端5连接，第一比较器U2的地端2接地。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，基准电压单元19包括：第八二极管D8、第二十九电阻R29、第四电容C4、第三十电阻R30、第十一电容C11、第三十五电阻R35、电源芯片U1、第三十一电阻R31、第三十四电阻R34、第三十六电阻R36、第九电容C9及第十电容C10。

具体地，第八二极管D8的阳极与电池200的正极连接，第八二极管D8的阴极与第二十九电阻R29的第一端连接，第二十九电阻R29的第二端、第四电容C4的第一端及第三十电阻R30的第一端共接于电源芯片U1的输入脚IN，第三十电阻R30的第二端、第十一电容C11的第一端及第三十五电阻R35的第一端共接于电源芯片U1的使能脚EN，第四电容C4的第二端、第十一电容C11的第二端、第三十五电阻R35的第二端及电源芯片U1的地脚GND均接地，第三十一电阻R31的第一端、第三十四电阻R34的第一端、第九电容C9的第一端及第十电容C10的第一端共接于电源芯片U1的输出脚OUT，第三十一电阻R31的第二端与电源芯片U1的电源状态脚PG连接，第三十四电阻R34的第二端与第三十六电阻R36的第一端共接于电源芯片U1的反馈脚FB，第三十六电阻R36的第二端、第九电容C9的第二端及第十电容C10的第二端均接地。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，主控单元15可以包括主控芯片U3。具体地，主控芯片U3的充电控制脚CHG为主控单元15的充电控制端，主控芯片的放电控制脚DSG为主控单元15的放电控制端。在具体应用中，主控芯片U3可以为中央处理器(centralprocessing unit，CPU)或微控制单元(micro controller unit，MCU)等，此处不做限制。

作为示例而非限定，电源芯片U1可以为线性降压芯片。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，电流检测单元11包括：第四十一电阻R41。具体地，第四十一电阻R41的第一端为电流检测单元11的第一检测端和第一输出端，第四十一电阻R41的第二端接地，且第四十一电阻R41的第二端为电流检测单元11的第二输出端。第四十一电阻R41的第一端还与主控芯片U3的第一电流检测脚VC1连接，第四十一电阻R41的第二端还与主控芯片U3的第二电流检测脚VC2连接。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，比较器电路12包括：第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第十三电容C13及第二比较器U4。具体地，第二比较器U4的反相输入端4为比较器电路12的输入端，第四十二电阻R42的第一端和第四十三电阻R43的第一端共接于第二比较器U4的同相输入端3，第四十二电阻R42的第二端与第二比较器U4的参考电压端5连接，第四十三电阻R43的第二端与第二比较器U4的输出端1共接作为比较器电路12的输出端，第二比较器U4的地端2接地，第四十四电阻R44的第一端用于接收比较器电路12的工作电压VCC，第四十四电阻R44的第二端和第十三电容C13的第一端共接于第二比较器U4的电源端6，第十三电容C13的第二端接地。

请继续参阅图4，在本申请的又一个实施例中，第一开关控制单元13包括：第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第九二极管D9及第十四开关管Q14。具体地，第四十五电阻R45的第一端为第一开关控制单元13的输入端，第四十五电阻R45的第二端和第四十六电阻R46的第一端共接于第十四开关管Q14的受控端，第四十六电阻R46的第二端和第十四开关管Q14的第二导通端均接地，第十四开关管Q14的第一导通端与第四十七电阻R47的第一端连接，第四十七电阻R47的第二端与第九二极管D9的阴极连接，第九二极管D9的阳极为第一开关控制单元13的输出端。

在一种可能的实现方式中，第一开关管Q1和第二开关管Q2均可以为NMOS管，第三开关管Q3和第四开关管Q4均可以为耗尽型PMOS管，第五开关管Q5和第六开关管Q6均可以为PNP型三极管，第七开关管Q7和第十开关管Q10均可以为NMOS管，第八开关管Q8和第九开关管Q9均可以为PMOS管，第十一开关管Q11、第十二开关管Q12及第十四开关管Q14均可以为NMOS管，第十三开关管Q13可以为PNP型三极管。

在其他可能的实现方式中，第一开关管Q1至第十二开关管Q12还可以是与上述实施例中的各开关管具有相同开关特性的其他类型的开关管，此处不对各开关管的具体类型做任何限定。

以下结合图3，以电池的放电过程为例，对过流保护电路100中的各单元的工作原理进行详细说明：

电流检测单元11的工作原理如下：

在电池200的放电过程中，第四十一电阻R41用于采集电池200的放电回路中的电流信号，并将该电流信号转换为相应的电压信号，且将该电压信号输出至主控芯片U3以及第二比较器U4的反向输入端。其中，该电压信号的电压值为上述电流信号的电流值与第四十一电阻R41的乘积。

比较器电路12和第一开关控制单元13的工作原理如下：

当第二比较器U4的反相输入端4的电压大于其同相输入端3的电压时，说明此时电池的放电回路中的电流信号的电流值大于第一电流阈值，即说明此时放电回路中存在过流信号，此时第二比较器U4输出高电平信号，该高电平信号可以使第十四开关管Q14导通，进而将第二开关管Q2的受控端的电压泄放至大地，从而拉低第二开关管Q2的受控端的电压，以关断第二开关管Q2。同时，第二开关管Q2的受控端的电压被拉低时，会使主控芯片U3的放电脚DSG的电平降低，进而触发第二关断单元163也对第二开关管Q2的受控端的电压进行泄放，这样可以加快第二开关管Q2的关断速度，即加快电池200的放电回路被切断的速度，降低电池被损坏的可能性。

当第二比较器U4的反相输入端4的电压小于或等于其同相输入端3的电压时，说明此时放电回路中的电流信号的电流值小于或等于第一电流阈值，即说明此时放电回路中不存在过流信号，此时第二比较器U4输出低电平信号，该低电平信号可以使第十四开关管Q14关断，进而使第一开关管Q1和第二开关管Q2均处于导通状态，使得电池200可以正常放电。

自激振荡单元18的工作原理如下：

当第二十六电阻R26的第一端接收到工作电压VCC时，第一比较器U2上电，第一比较器U2上电时，第一比较器U2的参考电压端5会输出一个参考电压信号Vref，该参考电压信号Vref经过第三十九电阻R39和第四十电阻R40的分压后输入至第一比较器U2的同相输入端3，使得第一比较器U2的同相输入端3为高电平，此时第一比较器U2的反相输入端4由于第十二电容C12而保持低电平，因此此时第一比较器U2的输出端1会输出高电平信号Vout_H，该高电平信号Vout_H通过第二十七电阻R27和第三十三电阻R33为第十二电容C12充电，使得第一比较器U2的反相输入端4的电压逐渐升高。当第一比较器U2的反相输入端4的电压高于其同相输入端3的电压时，第一比较器U2的输出端1输出低电平信号Vout_L，此时，第十二电容C12上的电压会通过第三十三电阻R33进行放电，使得第一比较器U2的反相输入端4的电压逐渐降低，当第一比较器U2的反相输入端4的电压小于其同相输入端3的电压时，第一比较器U2的输出端1再次输出高电平信号Vout_H。如此对第十二电容C12进行反复放电操作，可以使得第一比较器U2的输出端1输出PWM方波信号，该PWM方波信号作为开关驱动单元17的驱动信号。需要说明的是，该PWM方波信号的占空比是可以调节的。

基准电压单元19的工作原理如下：

通过电源芯片U1可以将电池200的正极的电压Vcell降至基准电压Vr，该基准电压Vr作为开关驱动单元的参考电压。通过第三十四电阻R34和第三十六电阻R36可以对基准电压Vr进行分压，且分压电压会通过电压芯片U1的反馈脚FB反馈给电源芯片U1，电源芯片U1基于该反馈电压对基准电压Vr进行调节，进而实现对基准电压Vr的稳压作用。

在具体应用中，通过调整第三十四电阻R34的阻值和/或第三十六电阻R36的阻值，可以实现对基准电压Vr的电压值的调整。

开关驱动单元17的工作原理如下：

自激振荡单元18输出的PWM方波信号使得第十二开关管Q12在导通状态和截止状态之间进行切换。具体地，当第十二开关管Q12导通时，会拉低第十三开关管Q13的受控端的电压，使得第十三开关管Q13处于饱和导通状态，此时第三电容C3的第二端的电压V3为第十三开关管Q13的饱和导通电压Vsat(通常低于0.3伏)，即V3＝Vsat，而单向导电器件D6的第三端(即第三电容C3的第一端)的电压V1为电池200的正极的电压Vcell与二极管(包括第五二极管D5和二极管Da)的导通电压Vf1(通常小于1.4伏)之差，即V1＝Vcell-Vf1，此时第三电容C3两端的电压为V1-V3＝Vcell-Vf1-Vsat。当第十二开关管Q12截止时，会拉高第十一开关管Q11的受控端和第十三开关管Q13的控制端，此时第十三开关管Q13处于截止状态，第十一开关管Q11处于导通状态，此时，第三电容C3的第二端的电压V3会升至基准电压Vr。由于电容的电荷保持特性，第三电容C3两端的电压保持不变，单向导电器件D6的第三端的电压V1会上升至Vr+Vcell-Vf1-Vsat。

当开关驱动单元17将单向导电器件D6的第三端3的电压V1升至Vr+Vcell-Vf1-Vsat时，通过单向导电器件D6可以为第七电容C7充电，此时第七电容C7的第一端的电压等于V1与二极管Db的导通电压Vf2之差，即等于V1-Vf2＝Vr+Vcell-Vf1-Vsat-Vf2，将该电压定义为开关驱动电压Vboost。由于单向导电器件D6的存在，当单向导电器件D6的第三端3的电压V1降低时，单向导电器件D6的第二端2的电压V2仍会保持为该开关驱动电压Vboost。

第一导通单元162的工作原理如下：

当主控芯片U3的充电脚CHG输出高电平信号时，第七开关管Q7导通，此时第八开关管Q8的受控端被拉低，第八开关管Q8也导通，此时开关驱动单元17输出的开关驱动电压Vboost对第一开关管Q1的受控端充电，第一开关管Q1的受控端的电压为开关驱动电压Vboost与第三二极管D3的导通电压Vf3之差，即为Vboost-Vf3，第一开关管Q1的受控端与其第一导通端之间的电压为Vboost-Vf3-Vcell＝Vr-Vf1-Vsat-Vf2-Vf3，从而可以快速导通第一开关管Q1，进而接通电池200所在的充电回路。

第一关断单元161的工作原理如下：

当主控芯片U3的充电脚CHG输出低电平信号时，第七开关管Q7和第八开关管Q8均截止，因此，此时开关驱动单元17输出的开关驱动电压Vboost无法对第一开关管Q1的受控端充电，由于第四开关管Q4为耗尽型开关管，其可以快速恢复至导通状态，进而将第五开关管Q5的受控端拉低，第五开关管Q5将第一开关管Q1的受控端的电荷快速泄放，进而快速关断第一开关管Q1，如此可以切断电池200所在的充电回路。

第二导通单元164的工作原理如下：

当主控芯片U3的放电脚DSG输出高电平信号时，第十开关管Q10导通，此时第九开关管Q9的受控端被拉低，第九开关管Q9也导通，此时开关驱动单元17输出的开关驱动电压Vboost对第二开关管Q2的受控端充电，第二开关管Q2的受控端的电压为开关驱动电压Vboost与第四二极管D4的导通电压Vf4之差，即Vboost-Vf4，第二开关管Q2的受控端与其第一导通端之间的电压为Vboost-Vf4-Vcell＝Vr-Vf1-Vsat-Vf2-Vf4，从而可以快速导通第二开关管Q2，进而接通电池200所在的放电回路。

第二关断单元163的工作原理如下：

当主控芯片U3的放电脚DSG输出低电平信号时，第十开关管Q10和第九开关管Q9均截止，因此，此时开关驱动单元17输出的开关驱动电压Vboost无法对第二开关管Q2的受控端充电，由于第三开关管Q3为耗尽型开关管，其可以快速恢复至导通状态，进而将第六开关管Q6的受控端拉低，第六开关管Q6将第二开关管Q2的受控端的电荷快速泄放，进而快速关断第二开关管Q2，如此可以切断电池200所在的放电回路。

本申请实施例还提供了一种电源设备。请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种电源设备的结构示意图。该电源设备50包括电池200以及与电池200连接的电池的过流保护电路100。其中，过流保护电路100的具体结构及有益效果等可以参阅前述实施例中的相关描述，此处不再对其进行赘述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池的过流保护电路，包括设置在所述电池的充放电回路中的开关单元，其特征在于，所述过流保护电路还包括：

电流检测单元，设置在所述充放电回路中，用于检测所述电池在充放电时所述充放电回路中的电流信号，并向比较器电路反馈所述电流信号；

所述比较器电路，与所述电流检测单元连接，用于在检测到所述电流信号的电流值大于第一电流阈值时向第一开关控制单元发送关断控制信号；

所述第一开关控制单元，与所述比较器电路和所述开关单元连接，用于在接收到所述关断控制信号时关断所述开关单元；

主控单元，与所述电池和所述电流检测单元连接，用于监控所述电池的运行状态，并基于所述运行状态输出对应的开关控制信号至第二开关控制单元；

所述第二开关控制单元，与所述主控单元和所述开关单元连接，用于根据所述开关控制信号控制所述开关单元导通或关断；

开关驱动单元，与所述电池的正极和所述第二开关控制单元连接，用于为所述第二开关控制单元提供开关驱动电压。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，还包括：

自激振荡单元，与所述开关驱动单元连接，用于为所述开关驱动单元提供驱动信号；

相应的，所述开关驱动单元具体用于在所述驱动信号的驱动下将基准电压转换为所述开关驱动电压。

3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，还包括：

基准电压单元，与所述电池的正极和所述开关驱动单元连接，用于将所述电池的正极的电压转换为所述基准电压，并为所述开关驱动单元提供所述基准电压。

4.根据权利要求1至3任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述开关单元包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的第一导通端与所述电池的正极连接，所述第一开关管的第二导通端与所述第二开关管的第一导通端连接，所述第一开关管的受控端与所述第二开关控制单元连接；所述第一开关管用于在所述电池充电时接通或切断所述电池所在的充电回路；

所述第二开关管的第二导通端与所述电池的正充放电端口连接，所述第二开关管的受控端与所述第二开关控制单元连接；所述第二开关管用于在所述电池放电时接通或切断所述电池所在的放电回路。

5.根据权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于，所述第二开关控制单元包括：第一关断单元、第一导通单元、第二关断单元及第二导通单元；

所述第一关断单元的第一控制端与所述电池的正极连接，所述第一关断单元的第二控制端和第三控制端均与所述第一导通单元连接；所述第一导通单元的受控端与所述主控单元的充电控制端连接，所述第一导通单元的驱动端与所述开关驱动单元连接，所述第一导通单元的第一控制端与所述电池的正极连接，所述第一导通单元的第二控制端与所述第一开关管的受控端连接；

所述第二关断单元的第一控制端与所述第二开关管的第二导通端连接，所述第二关断单元的第二控制端和第三控制端均与所述第二导通单元连接；所述第二导通单元的受控端与所述主控单元的放电控制端连接，所述第二导通单元的驱动端与所述开关驱动单元连接，所述第二导通单元的第一控制端与所述第二开关管的第二导通端连接，所述第二导通单元的第二控制端与所述第二开关管的受控端连接。

6.根据权利要求1至3任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流检测单元的第一检测端与所述电池的负极连接，所述电流检测单元的第二检测端与所述电池的负充放电端口连接，所述电流检测单元的第一输出端与所述比较器电路连接；所述电流检测单元包括第四十一电阻，所述第四十一电阻的第一端为所述电流检测单元的第一检测端和第一输出端，所述第四十一电阻的第二端接地，且所述第四十一电阻的第二端为所述电流检测单元的第二输出端。

7.根据权利要求1至3任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述比较器电路的输入端与所述电流检测单元的第一输出端连接，所述比较器电路的输出端与所述第一开关控制单元连接；所述比较器电路包括：第四十二电阻、第四十三电阻、第四十四电阻、第十三电容及第二比较器；

所述第二比较器的反相输入端为所述比较器电路的输入端，所述第四十二电阻的第一端和所述第四十三电阻的第一端共接于所述第二比较器的同相输入端，所述第四十二电阻的第二端与所述第二比较器的参考电压端连接，所述第四十三电阻的第二端与所述第二比较器的输出端共接作为所述比较器电路的输出端，所述第二比较器的地端接地，所述第四十四电阻的第一端用于接收所述比较器电路的工作电压，所述第四十四电阻的第二端和所述第十三电容的第一端共接于所述第二比较器的电源端，所述第十三电容的第二端接地。

8.根据权利要求1至3任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一开关控制单元的输入端与所述比较器电路的输出端连接，所述第一开关控制单元的输出端与所述开关单元连接；所述第一开关控制单元包括：第四十五电阻、第四十六电阻、第四十七电阻、第九二极管及第十四开关管；

所述第四十五电阻的第一端为所述第一开关控制单元的输入端，所述第四十五电阻的第二端和所述第四十六电阻的第一端共接于所述第十四开关管的受控端，所述第四十六电阻的第二端和所述第十四开关管的第二导通端均接地，所述第十四开关管的第一导通端与所述第四十七电阻的第一端连接，所述第四十七电阻的第二端与所述第九二极管的阴极连接，所述第九二极管的阳极为所述第一开关控制单元的输出端。

9.一种电源设备，其特征在于，包括电池以及如权利要求1至8任一项所述的过流保护电路，所述过流保护电路与所述电池连接。

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