CN201222649Y - 一种可充电池的过放电保护电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型适用于模拟电路领域，提供了一种可充电池的过放电保护电路，包括可充电池和负载，所述电路还包括基准电压比较器以及设置于所述可充电池和负载之间的开关管，所述基准电压比较器的输入端与所述可充电池正极电连接，输出端与所述开关管的控制端电连接。本实用新型实施例使可充电池在容量(电压)低至其下限容量时，切断放电回路，可充电池停止对负载的放电(供电)，有效地防止了可充电池继续放电造成的永久性损害。

Description

一种可充电池的过放电保护电路
技术领域
本实用新型属于模拟电路领域，尤其涉及一种可充电池的过放电保护电路。
背景技术
作为便携式随身听、笔记本电脑、各种学习机、数码相机和手机等电子产品常用的电能源，可充电池不正常使用导致的损坏是多方面的，譬如，过充、过放、过流等。现有技术可以提供可充电池的过充、过放和过流等保护电路，但这类保护电路是基于可充电池的电压足以供其部分控制器正常工作为前提，一旦可充电池的电压低于其部分控制器正常工作时所需电压，则过放保护就失去作用，以图1所示的手机可充电池普通保护电路为例来说明。
101为管理电源的控制器，Q3和Q4通过控制器101控制其充电通路，Q1通过控制器101控制其放电通路，Q2和D2为其直流供电通路，由于只有在控制器101供电正常时这些控制才正常工作，所以，Q1的体二极管一直必须给控制器101供电，这样即时电池没有电，这部分也要消耗电能，此为耗电的一个方面；另一个方面，手机为了省电进行了独立供电，对大电流的模块(如AP102部分)均增加了一个开关，由于模块太多，对小的待机电流的模块(如功放103和基带104等)进行直接供电，但是这些小电流的模块也有好多路，每路待机电流也有一定大小(如功放103的待机电流为2uA)，如果加起来也有一定电流，这是耗电的第二个方面；第三个方面，如果电池电压低到101无法正常工作，则电池放电是一个不定的放电状态，可能放电会进一步加快，以上三个方面因素综合起来造成可充电池过放电。
发明内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种可充电池过放电保护电路，旨在解决现有技术的保护电路在可充电池电压低至一定程度时，其过放电保护失去作用的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种可充电池的过放电保护电路，包括可充电池和负载，所述电路还包括基准电压比较器以及设置于所述可充电池和负载之间的开关管，所述基准电压比较器的输入端与所述可充电池正极电连接，输出端与所述开关管的控制端电连接。
本实用新型提供的实施例通过在现有技术的过放电保护电路中增加一个基准电压比较器、N沟道MOS管和(或)电容器构成的保护模块，使可充电池在容量(电压)低至其下限容量时，切断放电回路，可充电池停止对负载的放电(供电)，有效地防止了可充电池继续放电造成的永久性损害。
附图说明
图1是现有技术提供的手机可充电池普通保护电路；
图2是N沟道MOS场效应管栅-源极电压VGS与漏极电流ID关系图；
图3是本实用新型第一实施例提供的可充电池过放电保护电路的结构；
图4是本实用新型第一实施例中分别以高精密IC比较器和N沟道MOS场效应管充当基准电压比较器和开关管的可充电池过放电保护电路的结构；
图5是本实用新型第二实施例提供的可充电池过放电保护电路的结构；
图6是本实用新型第二实施例中分别以串联二极管和N沟道MOS场效应管充当基准电压比较器和开关管的可充电池过放电保护电路的结构；
图7是实用新型应用于手机可充电池过放电保护的电路系统。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图3示出了本实用新型第一实施例提供的可充电池过放电保护电路的结构。为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
可充电池过放电保护电路包括连接在可充电池303与负载304之间的开关管302，以及基准电压比较器301，该基准电压比较器301的输入端(IN)与可充电池303的正极连接，其输出端(OUT)与开关管302的控制端连接。在可充电池303对外部负载304放电过程中，可充电电池303的电压随着放电过程逐渐降低，当可充电电池303的电压降至预先设置的基准电压时，基准电压比较器301控制开关管302打开，关断可充电电池303与负载304组成的放电回路，从而达到电池的过放电保护的目的。其中开关管302可以是N沟道MOS场效应管。基准电压比较器301可以采用普通比较器，高精密IC(IntegratedCircuit)比较器，或者采用二极管的组合电路。图4示出了采用高精密IC比较器401作为基准电压比较器301，采用N沟道MOS场效应管402作为开关管302时的可充电池过放电保护电路的结构，该电路中其余元件与图3相同。
高精密IC比较器401的输入端(IN)与可充电池303的正极相连，输出端(OUT)与N沟道MOS场效应管402的栅极(G极)相连。N沟道MOS场效应管402的源极(S极)和可充电池303的负极相连，其漏极(D极)接地。负载304的一端与可充电池303的正极相连，另一端接地。N沟道MOS场效应管(自带体二极管)402、可充电池303和负载304构成本实用新型的放电回路。
图4所示可充电池过放电保护电路工作原理是：只要N沟道MOS场效应管402的栅极(G极)为高电平，即，高精密IC比较器401的OUT端输出高电平，N沟道MOS场效应管402导通，此时，N沟道MOS场效应管402、可充电池303和负载304构成的放电回路处于通路状态，可充电池303继续对负载304放电(供电)。当N沟道MOS场效应管402的栅极(G极)为低电平，即，高精密IC比较器401的OUT端输出低电平，N沟道MOS场效应管402截止，此时，N沟道MOS场效应管402、可充电池303和负载304构成的放电回路断开，可充电池303停止对负载204放电(供电)。
基于上述原理，可以根据可充电池303允许继续放电的下限容量(此处指当电池的电压低于这个下限容量时，继续放电将会造成电池永久性损坏)，例如3.0伏，选定高精密IC比较器401，使得当高精密IC比较器401的输入电压低于可充电池303的下限容量时，输出低电平，N沟道MOS场效应管402截止，N沟道MOS场效应管402、可充电池303和负载304构成的放电回路断开，可充电池303停止对负载304放电(供电)。
例如，在图4中，若可充电池303的下限容量为2.8伏，则选定检测电压为2.8伏的高精密IC比较器401。在正常情况下，只要可充电池303的容量还大于2.8伏，高精密IC比较器401的IN端输入电压大于2.8伏，高精密IC比较器401的OUT端就输出高电平，N沟道MOS场效应管402导通，可充电池303就可以通过放电回路向负载304放电(供电)。随着可充电池303对负载304放电(供电)时间的增加，其容量会低于2.8伏，此时，高精密IC比较器401的IN端输入电压小于2.8伏，高精密IC比较器401的OUT端就输出低电平，N沟道MOS场效应管402截止，放电回路被断开，可充电池303停止继续对负载304放电(供电)，如此，有效地保护了可充电池303不致损坏。
在图3或图4所示的可充电池过放电保护电路中，由于N沟道MOS场效应管402自带了体二极管，因此，充电器可以通过该体二极管对可充电池303进行充电。
参阅图5，本实用新型第二实施例提供的可充电池过放电保护电路。该电路由基准电压比较器301、开关管302、可充电池303、负载304和电容器501组成。
基准电压比较器301的输入端(IN)与可充电池303的正极相连，输出端(OUT)与开关管302的控制端相连。电容器501一端与基准电压比较器301的OUT端相连，另一端接地。负载304的一端与可充电池303的正极相连，另一端接地。开关管302、可充电池303和负载304构成本实用新型的放电回路。
图5所示的可充电池过放电保护电路的原理与图3所示的可充电池过放电保护电路的原理类似，在此不再赘述。
图6示出了采用由三个串联二极管构成的串联二极管组601作为基准电压比较器301，并采用N沟道MOS场效应管402作为开关管302的可充电池保护电路的原理。
假设可充电池303的下限容量为2.9伏，根据这一下限容量，选定正向导通电压为0.7伏的二极管D1、D2和正向导通电压为0.5伏的二极管D3，正向串联构成串联二极管组601(容易理解，还可以采用其他正向导通电压的二极管组合成二极管组)作为基准电压比较器301。为便于说明，可充电池303的电压(容量)、N沟道MOS场效应管402的栅源极电压和串联二极管组601导通电压分别用VB、VGS和VCB表示，三者之间的关系为VGS＝VB-VCB。由于VCB＝0.7+0.7+0.5＝1.9伏，在可充电池303的容量VB还大于2.9伏时，N沟道MOS场效应管402的栅源极电压VGS大于1伏，即，N沟道MOS场效应管402的栅极为高电平，N沟道MOS场效应管402导通，可充电池303对负载304正常放电(供电)。一旦充电池303的容量VB小于2.9伏，由于VGS＝VB-VCB，N沟道MOS场效应管402的栅源极电压VGS小于1伏，则由图2可知，N沟道MOS场效应管402的漏极电流ID为零，即N沟道MOS场效应管402截止，N沟道MOS场效应管402、可充电池303和负载304构成的放电回路被断开，可充电池303停止对负载304的放电(供电)。当可充电池303的容量VB越小，则N沟道MOS场效应管402的栅源极电压VGS更小，这样一来，N沟道MOS场效应管402处于深度截止状态，由此可见，电池电压越低保护会更好。
在图5或图6中，由于N沟道MOS场效应管402为电压控制型，阻抗很高，当可充电池303电压(容量)降到其临界点，电路中的尖脉冲干扰加到高阻抗的N沟道MOS场效应管402，使N沟道MOS场效应管402产生导通/截止的干扰转换，增加的电容器501消除了因干扰而造成临界保护时的误动作。
图7是本实用新型实施例提供的可充电池过放电保护电路应用于手机可充电池过放电保护的电路系统。在该电路系统中，除在电池通路中增加的放电保护模块(相当于本实用新型实施例提供的可充电池过放电保护电路)外，其余部分的充电、放电和供电等原理与图1所示的手机可充电池普通保护电路原理相同，如前所述，此模块能够在几乎不耗电的情况下，无论电池电压低到任何值均能够可靠的保护，这样就实现了无论负载怎样变化其电池电压在低到一定值时均可以保护的目的。
本实用新型提供的实施例通过在现有技术的过放电保护电路中增加一个基准电压比较器、N沟道MOS管和(或)电容器构成的保护模块，使可充电池在容量(电压)低至其下限容量时，切断放电回路，可充电池停止对负载的放电(供电)，有效地防止了可充电池继续放电造成的永久性损害。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种可充电池的过放电保护电路，包括可充电池和负载，其特征在于，所述电路还包括基准电压比较器以及设置于所述可充电池和负载之间的开关管，所述基准电压比较器的输入端与所述可充电池正极电连接，输出端与所述开关管的控制端电连接。
2、如权利要求1所述的可充电池的过放电保护电路，其特征在于，所述电路进一步包括一电容器，所述电容器一端与所述基准电压比较器的输出端相连，另一端接地。
3、如权利要求1所述的可充电池的过放电保护电路，其特征在于，所述开关管是N沟道MOS场效应管，所述N沟道MOS场效应管的栅极、源极和漏极分别与所述基准电压比较器的输出端、可充电池的负极和地相连。
4、如权利要求3所述的可充电池的过放电保护电路，其特征在于，所述N沟道MOS场效应管是带体二极管的N沟道MOS场效应管。
5、如权利要求1所述的可充电池的过放电保护电路，其特征在于，所述基准电压比较器为高精密IC比较器、普通比较器或若干个二极管正向串联组成的串联二极管组。
6、如权利要求5所述的可充电池的过放电保护电路，其特征在于，当所述基准电压比较器为若干个二极管正向串联组成的串联二极管组时，其输入端为所述串联二极管组始端二极管的正极，输出端为所述串联二极管组末端二极管的负极。
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