CN114899926B - 一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法 - Google Patents

一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法，电池放电控制电路，包括放电模块，放电模块包括开关管，开关管与电池连接，电池放电控制电路还包括：动态基准输出模块，与电池连接，用于在电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制基准电压随着电池电压的减小而增大；逻辑控制模块，与动态基准输出模块连接，用于根据基准电压输出逻辑控制信号，控制开关管的占空比，以使得放电模块的输出电压恒定，避免与开关管连接的后端电路工作不稳定。

Description

一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法。
背景技术
目前带电池的应用产品中，通过电池管理电路来控制电池的充放电。其中，电池管理电路中设置有开关管，通过控制该开关管可以实现对电池放电的控制。在电池放电过程中，放电路径中的输出电压会随着电池电量的下降而相应的下降，输出电压不恒定，从而导致与开关管连接的后端电路工作不稳定。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法，能够解决电池在放电过程中因电池电量下降导致输出电压不恒定的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
本申请实施例提供一种电池放电控制电路，包括放电模块，放电模块包括开关管，开关管与电池连接，电池放电控制电路还包括：
动态基准输出模块，与电池连接，用于在电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制基准电压随着电池电压的减小而增大；
逻辑控制模块，与动态基准输出模块连接，用于根据基准电压输出逻辑控制信号，控制开关管的占空比，以使得放电模块的输出电压恒定。
在一些实施例中的电池放电控制电路，动态基准输出模块包括采样单元和动态基准输出单元，采样单元与动态基准输出单元和电池连接，动态基准输出单元与逻辑控制模块连接；采样单元用于对电池电压进行采样后输出第一采样电压至动态基准输出单元；动态基准输出单元用于根据第一采样电压输出基准电压，并控制基准电压根据第一采样电压的减小而增大。
在一些实施例中的电池放电控制电路，采样单元包括分压电阻组，分压电阻组与电池的正极和动态基准输出单元连接，用于对电池电压进行分压采样后输出第一采样电压。
在一些实施例中的电池放电控制电路，分压电阻组包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端与电池的正极连接，第一电阻的另一端与动态基准输出单元和第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地。
在一些实施例中的电池放电控制电路，动态基准输出单元包括第一运算放大器、第一MOS管、第三电阻、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第四电阻和第二运算放大器；
第一运算放大器的正相输入端与分压电阻组连接，第一运算放大器的反相输入端与第一MOS管的源极和第三电阻的一端连接，第一运算放大器的输出端与第一MOS管的栅极连接，第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极、栅极和第三MOS管的栅极连接，第三电阻的另一端接地；第二MOS管的源极、第三MOS管的源极均与电池的正极连接，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极、栅极和第五MOS管的栅极连接，第四MOS管的源极接地，第五MOS管的源极接地，第五MOS管的漏极和第四电阻的一端均与逻辑控制模块连接，第四电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端和第六MOS管的源极连接，第六MOS管的漏极与电池的正极连接，第六MOS管的栅极与第二运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的正相输入端与参考电压输入端连接。
在一些实施例中的电池放电控制电路，逻辑控制模块包括逻辑控制器。
在一些实施例中的电池放电控制电路，电池放电控制电路还包括采样模块，采样模块与放电模块和逻辑控制模块连接。采样模块用于对输出电压进行采样后输出第二采样电压至逻辑控制模块。
在一些实施例中的电池放电控制电路，逻辑控制模块具体用于根据第二采样电压和基准电压输出逻辑控制信号，以控制开关管的占空比。
本申请实施例还提供了一种基于上述的电池放电控制电路的控制方法，控制方法包括如下步骤：
在电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制基准电压根据电池电压的减小而增大；
根据基准电压控制开关管的占空比，使得放电模块的输出电压恒定。
本申请实施例还提供了一种电池放电系统，包括上述的电池放电控制电路和电池，电池放电控制电路与电池连接。
相较于现有技术，本发明提供了一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法，电池放电控制电路中动态基准输出模块根据电池电压控制输出基准电压，并控制输出的基准电压随着电池电压的减小而增大，实现动态基准电压的输出。相对于根据恒定的基准电压输出逻辑控制信号控制开关管而言，本实施例中逻辑控制模块根据动态的基准电压输出一逻辑控制信号控制开关管的占空比，以便于实现动态调整开关管的占空比，进而补偿放电模块的输出电压，达到动态平衡的调节过程，确保放电模块的输出电压恒定，避免与开关管连接的后端电路工作不稳定。
附图说明
图1为本发明提供的电池放电控制电路的结构框图。
图2为本发明提供的电池放电控制电路中动态基准输出模块的结构框图。
图3为本发明提供的电池放电控制电路中动态基准输出模块的电路示意图。
图4为本发明提供的电池放电控制电路的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法，能够解决电池在放电过程中因电池电量下降导致输出电压不恒定的问题。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供的一种电池放电控制电路，包括放电模块21、动态基准输出模块22和逻辑控制模块23，放电模块21包括开关管。动态基准输出模块22与电池10和逻辑控制模块23连接，逻辑控制模块23还与开关管连接，开关管还与电池10连接。其中，本实施例中的放电模块21可以是现有技术中设置有开关管以控制电池10放电的电池10放电管理电路，也可以是设置有开关管以控制电池10放电的整个放电路径。本实施例中对放电模块21的具体结构不作具体限定。
具体实施时，动态基准输出模块22，用于在电池10放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制基准电压随着电池电压的减小而增大；逻辑控制模块23，用于根据基准电压输出逻辑控制信号，控制开关管的占空比，以使得放电模块21的输出电压恒定。本实施例中动态基准输出模块22根据电池电压控制输出基准电压，并使得输出的基准电压随着电池电压的减小而增大，实现动态基准电压的输出。相对于逻辑控制模块23根据恒定的基准电压输出逻辑控制信号控制开关管而言，本实施例中逻辑控制模块23根据动态的基准电压输出一逻辑控制信号控制开关管的占空比，以便于实现动态调整开关管的占空比，进而补偿放电模块21的输出电压，达到动态平衡的调节过程，确保放电模块21的输出电压恒定，避免与开关管连接的后端电路工作不稳定。
进一步地，请参阅图2，动态基准输出模块22包括采样单元221和动态基准输出单元222，采样单元221与动态基准输出单元222和电池10连接，动态基准输出单元222与逻辑控制模块23连接；采样单元221用于对电池电压进行采样后输出第一采样电压至动态基准输出单元222；动态基准输出单元222用于根据第一采样电压输出基准电压，并控制基准电压根据第一采样电压的减小而增大。本实施例中通过设置采样单元221对电池电压进行采样，以便于检测电池10电量的变化，当电池10电量下降时，相应的电池电压下降，采样单元221采样得到的第一采样电压对应下降。动态基准输出单元222根据第一采样电压输出一基准电压，并控制该基准电压随着第一采样电压的减小而增大，以便于实现后续对开关管的占空比的动态调节。
进一步地，采样单元221包括分压电阻组，分压电阻组与电池10的正极和动态基准输出单元222连接，用于对电池电压进行分压采样后输出第一采样电压。也即本实施例中的采样单元221是通过设置分压电阻组对电池电压分压以实现电池电压的采样过程，以便于监测电池电压的变化。
在一些实施例中，请参阅图3，分压电阻组包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端与电池10的正极连接，第一电阻R1的另一端与动态基准输出单元222和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地。本实施例中通过第一电阻R1和第二电阻R2形成分压电阻组，以实现对电池电压的分压采样。
在一些实施例中，动态基准输出单元222包括第一运算放大器A1、第一MOS管M1、第三电阻R3、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第四电阻R4和第二运算放大器A2；第一运算放大器A1的正相输入端与分压电阻组连接，第一运算放大器A1的反相输入端与第一MOS管M1的源极和第三电阻R3的一端连接，第一运算放大器A1的输出端与第一MOS管M1的栅极连接，第一MOS管M1的漏极与第二MOS管M2的漏极、栅极和第三MOS管M3的栅极连接，第三电阻R3的另一端接地；第二MOS管M2的源极、第三MOS管M3的源极均与电池10的正极连接，第三MOS管M3的漏极与第四MOS管M4的漏极、栅极和第五MOS管M5的栅极连接，第四MOS管M4的源极接地，第五MOS管M5的源极接地，第五MOS管M5的漏极和第四电阻R4的一端均与逻辑控制模块23连接，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器A2的反相输入端和第六MOS管M6的源极连接，第六MOS管M6的漏极与电池10的正极连接，第六MOS管M6的栅极与第二运算放大器A2的输出端连接，第二运算放大器A2的正相输入端与参考电压输入端连接。
其中，第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4和第五MOS管M5形成以电流镜。通过第一电阻R1和第二电阻R2对电池电压进行采样，使得A点电压跟随电池电压变化，即VA=VBAT*R1/(R1+R2)，VBAT为电池电压，R1为第一电阻R1的阻值，R2为第二电阻R2的阻值。其中，第一运算放大器A1、第一MOS管M1和第三电阻R3组成的负反馈环路使得B点电压近似等于A点电压，也即VB≈VA。电流镜经包含电池电压信息的电流信号经镜像，叠加倒第四电阻R4上，此时流经第五MOS管M5的电流为IM5=m*(VB/R3)，其中，m为总镜像系数。第二运算放大器A2和第六MOS管M6所在的负反馈环路使C点电压近似等于参考电压VREF0，即VC≈VREF0。最终，动态基准输出单元222输出的基准电压VREF≈VREF0-m*[VBAT*R1/(R1+R2)]*(R4/R3)。依据该公式可知本实施例中的基准电压随着电池电压的下降线性增加。
进一步地，逻辑控制模块23包括逻辑控制器；由逻辑控制器根据动态的基准电压输出一定占空比的逻辑控制信号，控制开关管的导通与断开，达到一个动态调节开关管的占空比的效果。相对于现有技术中的逻辑控制器根据恒定的基准电压输出逻辑控制信号控制开关管的导通与断开而言，本实施例中的基准电压根据电池电压的下降而增大，逻辑控制模块23根据该动态的基准电压，动态调整开关管的占空比，从而补偿放电模块21的输出电压，使得放电模块21的输出电压恒定。
进一步地，请继续参阅图2，电池放电控制电路还包括采样模块24，采样模块24与放电模块21和逻辑控制模块23连接。采样模块24用于对输出电压进行采样后输出第二采样电压（本实施例为VBF）至逻辑控制模块23。逻辑控制模块23具体用于根据第二采样电压和基准电压输出逻辑控制信号，以控制开关管的占空比。其中，采样模块24可以通过设置分压电阻对输出电压进行分压，以实现对输出电压的采样。本实施例中第二采样电压表征放电模块21的输出电压，逻辑控制模块23会比较第二采样电压和动态的基准电压，进而输出具有一定占空比的逻辑控制信号，以控制开关管的占空比，对放电模块21的输出电压进行补偿，使得放电模块21的输出电压的平均值恒定。
进一步地，请参阅图4，本发明还相应提供了一种基于上述电池放电控制电路的控制方法，该控制方法包括如下步骤：
在电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制基准电压根据电池电压的减小而增大；
根据基准电压控制开关管的占空比，使得放电模块的输出电压恒定。
本实施例中通过控制基准电压根据电池电压的减小而增大，也即当电池电量下降，电池电压减小时，基准电压增大。之后再根据该动态的基准电压输出一逻辑控制信号，实现对开关管的占空比的动态调整，从而对放电模块的输出电压进行补偿，使得放电模块的输出电压恒定。
进一步地，本发明还相应提供了电池充放电系统，该电池充放电系统包括上述的电池放电控制电路和电池，电池放电控制电路与电池连接，该电池放电系统能够在电池放电且电池电量降低时，提供恒定的输出电压。由于上文对该电池放电控制电路进行了详细说明，此处不再赘述。
综上，本发明提供的一种电池放电系统、电池放电控制电路及其控制方法，电池放电控制电路，包括放电模块，放电模块包括开关管，开关管与电池连接，电池放电控制电路还包括：动态基准输出模块，与电池连接，用于在电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制基准电压随着电池电压的减小而增大；逻辑控制模块，与动态基准输出模块连接，用于根据基准电压输出逻辑控制信号，控制开关管的占空比，以使得放电模块的输出电压恒定，避免与开关管连接的后端电路工作不稳定。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池放电控制电路，包括放电模块，所述放电模块包括开关管，所述开关管与电池连接，其特征在于，所述电池放电控制电路还包括：
动态基准输出模块，与所述电池连接，用于在所述电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制所述基准电压随着所述电池电压的减小而增大；
逻辑控制模块，与所述动态基准输出模块连接，用于根据所述基准电压输出逻辑控制信号，控制所述开关管的占空比，以使得所述放电模块的输出电压恒定；
所述动态基准输出模块包括采样单元和动态基准输出单元，所述采样单元与所述动态基准输出单元和所述电池连接，所述动态基准输出单元与所述逻辑控制模块连接；所述采样单元用于对所述电池电压进行采样后输出第一采样电压至所述动态基准输出单元；所述动态基准输出单元用于根据所述第一采样电压输出基准电压，并控制所述基准电压根据所述第一采样电压的减小而增大；
所述动态基准输出单元包括第一运算放大器、第一MOS管、第三电阻、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第四电阻和第二运算放大器；
所述第一运算放大器的正相输入端与所述采样单元连接，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一MOS管的源极和所述第三电阻的一端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极、栅极和所述第三MOS管的栅极连接，所述第三电阻的另一端接地；所述第二MOS管的源极、所述第三MOS管的源极均与所述电池的正极连接，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极、栅极和所述第五MOS管的栅极连接，所述第四MOS管的源极接地，所述第五MOS管的源极接地，所述第五MOS管的漏极和所述第四电阻的一端均与所述逻辑控制模块连接，所述第四电阻的另一端与所述第二运算放大器的反相输入端和所述第六MOS管的源极连接，所述第六MOS管的漏极与所述电池的正极连接，所述第六MOS管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的正相输入端与参考电压输入端连接。
2.根据权利要求1所述的电池放电控制电路，其特征在于，所述采样单元包括分压电阻组，所述分压电阻组与所述电池的正极和所述动态基准输出单元连接，用于对所述电池电压进行分压采样后输出第一采样电压。
3.根据权利要求2所述的电池放电控制电路，其特征在于，所述分压电阻组包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述电池的正极连接，所述第一电阻的另一端与所述动态基准输出单元和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电池放电控制电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包括逻辑控制器。
5.根据权利要求4所述的电池放电控制电路，其特征在于，所述电池放电控制电路还包括采样模块，所述采样模块与所述放电模块和所述逻辑控制模块连接；所述采样模块用于对所述输出电压进行采样后输出第二采样电压至所述逻辑控制模块。
6.根据权利要求5所述的电池放电控制电路，其特征在于，所述逻辑控制模块具体用于根据所述第二采样电压和所述基准电压输出所述逻辑控制信号，以控制所述开关管的占空比。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的电池放电控制电路的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
在电池放电时，根据电池电压输出基准电压，并控制所述基准电压根据所述电池电压的减小而增大；
根据所述基准电压控制所述开关管的占空比，使得所述放电模块的输出电压恒定。
8.一种电池放电系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的电池放电控制电路和电池，所述电池放电控制电路与所述电池连接。
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