CN203942270U

CN203942270U - 一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路

Info

Publication number: CN203942270U
Application number: CN201420334708.6U
Authority: CN
Inventors: 周映虹; 黄熙; 陈小琴
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2024-06-23

Abstract

本实用新型涉及浪涌防护技术领域，特别是涉及一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，包括电源端电压检测电路、电池端电压检测电路和平衡电路，所述平衡电路分别与电源端电压检测电路和电池端电压检测电路连接，所述平衡电路包括平衡电压电阻R5、N沟道MOS开关管Q1、以及体二极管D1。本实用新型的充电电源在给电池正常充电时，由于N沟道MOS开关管Q1的触发信号QG已经使能，电流从体二极管D1流过，在体二极管D1产生的电压降为电流与N沟道MOS开关管Q1的体电阻之积，采用体电阻极低的N沟道MOS开关管Q1，其产生的损耗极小，既满足了防浪涌的功能，又实现了充电电源的低损耗。

Description

一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路

技术领域

本实用新型涉及浪涌防护技术领域，特别是涉及一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路。

背景技术

充电电源是当今电力系统、电动汽车等行业的重要供电设备，它将交流电经AC-DC变换、DC-DC变换后变成直流电，给电池充电。根据使用的场合不同，充电电源分成了不同的输出电压等级与电流等级，但不管是何种电压、电流等级的电源，由于其输出端滤波电容不带电，在与电池连接时，将会形成很大的浪涌电流，从而瞬时烧毁导线或电路板。

目前解决这种浪涌的传统方法是：增加一个防浪涌二极管，二极管的P极连接电源的输出电容正极，N极连接电池正极，这种方法在小电流的场合得到普遍应用，但在大电流的场合，却因二极管压降较大而存在损耗大的缺点，以电源输出为120V，100A为例，若二极管的压降为1V，输出电流为100A时，其损耗为100W，这使得整机的效率降低近1%。

在大电流的场合，也有使用继电器的方法，但继电器通流能力有限，往往大电流的场合中需要多个继电器并联使用，使得体积与成本增加。

目前也有一些防浪涌的技术，例如专利号为“201110131942.X ”、名称为“浪涌充电的移动终端”的专利，包括充电器接口、电源管理模块和用于防护充电浪涌的浪涌防护模块，所述充电器接口、浪涌防护模块和电源管理模块依次串联；其采用了在充电器接口和电源管理模块之间设置一浪涌防护模块，在浪涌输入时间内关断该浪涌防护块，从而避免电源管理模块通过到浪涌的袭击，延长了移动终端的使用寿命；但是它的浪涌防护模块主要采用P沟道MOS器件与其外围电路，解决小功率充电电源的浪涌问题，该电路损耗较大，不适用于大电流充电电源。

另外，例如专利号为“200410022451.1 ”、名称为“并联同步整流变换器的同步整流防倒灌电路及其方法”的专利，包括辅助电源、电压检测与比较电路、PWM驱动电路和转换开关，辅助电源的输出电压端接于电压检测与比较电路的输入端，电压检测与比较电路的输出端接至转换开关的控制端，PWM驱动电路中的PWM驱动信号耦合至转换开关的输入端，转换开关的输出端耦合至同步整流管的控制端；由于检测变换器的原边或副边辅助电源电平，经与参考电压比较后控制同步整流管在起机时的精确关断与导通，使同步整流变换器在并联运行时无预起机、输出电压无过冲与凹坑等问题，变换器并联效率高；但是该电路采用多个MOS器件组合与外围电路解决低压大电流电源的防浪涌问题，但其实现电路较为复杂，成本较高。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种电路简单，损耗较低，并且可以适用于大电流充电电源中的防浪涌电路显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种电路简单、低损耗，并且可以适用于大电流充电电源中的防浪涌电路。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，包括电源端电压检测电路、电池端电压检测电路和平衡电路，所述平衡电路分别与电源端电压检测电路和电池端电压检测电路连接，所述平衡电路包括平衡电压电阻R5、N沟道MOS开关管Q1、以及为充电电流提供正向通路的体二极管D1，所述平衡电压电阻R5的一端分别与电源端电压检测电路、充电电源输出电容C1正极连接，所述平衡电压电阻R5的另一端分别与电池端电压检测电路、电池正极Vb+连接；所述N沟道MOS开关管Q1的源极分别与电源端电压检测电路、充电电源输出电容C1正极连接，所述N沟道MOS开关管Q1的漏极分别与电池端电压检测电路、电池正极Vb+连接，所述N沟道MOS开关管Q1的栅极的使能信号为QG，由充电电源的控制电路提供。

其中，所述电源端电压检测电路包括检测电阻R1和检测电阻R2，R1的1端分别与电容C1的正极、N沟道MOS开关管Q1的源极、平衡电压电阻R5的1端连接，R1的2端与R2的1端连接，R2的2端分别与电容C1的负极、检测电阻R4的2端与电池负极Vb-连接。

其中，所述电池端电压检测电路包括检测电阻R3和检测电阻R4，R3的1端分别与电池的正极Vb+、N沟道MOS开关管Q1的漏极、平衡电压电阻R5的2端连接，R3的2端与R4的1端连接，R4的2端分别与电容C1的负极、检测电阻R2的2端与电池负极Vb-连接。

其中，所述N沟道MOS开关管Q1的型号为IRFP4568。

其中，所述N沟道MOS开关管Q1采用低导通电阻的功率型MOS开关管。

其中，所述平衡电压电阻R5的阻值为20-100Ω，额定功率为2-5W。

本实用新型的有益效果：本实用新型的充电电源在给电池正常充电时，由于N沟道MOS开关管Q1的触发信号QG已经使能，电流从体二极管D1流过，在体二极管D1产生的电压降为电流与N沟道MOS开关管Q1的体电阻之积，采用体电阻极低的N沟道MOS开关管Q1，其产生的损耗极小，既满足了防浪涌的功能，又实现了充电电源的低损耗。

附图说明

利用附图对本实用新型做进一步说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的充电电源的低损耗输出防浪涌电路的电路图。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，包括电源端电压检测电路、电池端电压检测电路和平衡电路，平衡电路分别与电源端电压检测电路和电池端电压检测电路连接，平衡电路包括平衡电压电阻R5、N沟道MOS开关管Q1、以及为充电电流提供正向通路的体二极管D1，平衡电压电阻R5的一端分别与电源端电压检测电路、充电电源输出电容C1正极连接，平衡电压电阻R5的另一端分别与电池端电压检测电路、电池正极Vb+连接；N沟道MOS开关管Q1的源极分别与电源端电压检测电路、充电电源输出电容C1正极连接，N沟道MOS开关管Q1的漏极分别与电池端电压检测电路、电池正极Vb+连接，N沟道MOS开关管Q1的栅极的使能信号为QG，由充电电源的控制电路提供。

N沟道MOS开关管Q1采用低导通电阻的功率型MOS开关管。充电电源在给电池正常充电时，由于N沟道MOS开关管Q1的触发信号QG已经使能，电流从体二极管D1流过，在体二极管D1产生的电压降为电流与N沟道MOS开关管Q1的体电阻之积，采用体电阻极低的N沟道MOS开关管Q1，其产生的损耗极小，既满足了防浪涌的功能，又实现了充电电源的低损耗。当电源端电容C1的电压与电池电压相差不超过电池电压的5%时，才能使能N沟道MOS开关管Q1的触发信号QG。

其中，电源端电压检测电路包括检测电阻R1和检测电阻R2，R1的1端分别与电容C1的正极、N沟道MOS开关管Q1的源极、平衡电压电阻R5的1端连接，R1的2端与R2的1端连接，R2的2端分别与电容C1的负极、检测电阻R4的2端与电池负极Vb-连接。

其中，电池端电压检测电路包括检测电阻R3和检测电阻R4，R3的1端分别与电池的正极Vb+、N沟道MOS开关管Q1的漏极、平衡电压电阻R5的2端连接，R3的2端与R4的1端连接，R4的2端分别与电容C1的负极、检测电阻R2的2端与电池负极Vb-连接。

其中，平衡电压电阻R5的阻值为20-100Ω，额定功率为2-5W。

实施例2：

下面通过120V，100A的充电电源作为具体实施例结合附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，其中C1为电源的输出滤波电容，在120V，100A的充电电源中，其容值为13200uf；R1与R2为电源端电压检测电阻，R1与R2的取值符合100V* R2/(R1+R2) =2.5V；R3与R4为电池端电压检测电阻，R3与R4的取值符合100V* R4/(R3+R4) =2.5V；平衡电压电阻R5，其阻值为5.1k，电阻功率为3W；Q1为N型MOS开关器件，D1为体二极管，采用3个型号为IRFP4568的功率MOSFET并联。Q1的漏极与平衡电压电阻R5的引脚2均连接至电池正极Vb+，Q1的源极与平衡电压电阻R5的引脚1均连接至充电电源输出电容正极。

当电源控制电路上电后，首先通过电池端电压检测电阻R3与R4的分压信号VB，判断电池是否接通，如果检测到电池电压大于电池的最小电压值，则电池已连接；此时电池将通过R5给C1充电，若干时间后，C1的电压将达到电池电压，通过电源端电压检测电阻R1与R2的分压信号VC，判断电容C1电压是否达到电池电压，若VB与VC趋于一致，则防浪涌过程完成，此时使能N型MOS开关器件IRFP4568的触发信号QG，并启动电源给电池充电，由于IRFP4568的导通电阻约为6毫欧姆，三个IRFP4568并联后其导通电阻约为2毫欧姆，100A的输出电流在其上产生的导通损耗约为20W，远远小于采用二极管作为防浪涌器件的电路。

本实施电路使用器件少，具有简单可靠的优点，同时由于可以选择导通电阻很低的N型MOS开关器件，在大电流输出的场合可以采用多个N沟道MOS开关器件并联的方式使损耗进一步降低，因此可推广应用到大电流充电领域。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，其特征在于：包括电源端电压检测电路、电池端电压检测电路和平衡电路，所述平衡电路分别与电源端电压检测电路和电池端电压检测电路连接，所述平衡电路包括平衡电压电阻R5、N沟道MOS开关管Q1、以及为充电电流提供正向通路的体二极管D1，所述平衡电压电阻R5的一端分别与电源端电压检测电路、充电电源输出电容C1正极连接，所述平衡电压电阻R5的另一端分别与电池端电压检测电路、电池正极Vb+连接；所述N沟道MOS开关管Q1的源极分别与电源端电压检测电路、充电电源输出电容C1正极连接，所述N沟道MOS开关管Q1的漏极分别与电池端电压检测电路、电池正极Vb+连接，所述N沟道MOS开关管Q1的栅极的使能信号为QG，由充电电源的控制电路提供。

2.根据权利要求1所述的一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，其特征在于：所述电源端电压检测电路包括检测电阻R1和检测电阻R2，R1的1端分别与电容C1的正极、N沟道MOS开关管Q1的源极、平衡电压电阻R5的1端连接，R1的2端与R2的1端连接，R2的2端分别与电容C1的负极、检测电阻R4的2端与电池负极Vb-连接。

3.根据权利要求1所述的一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，其特征在于：所述电池端电压检测电路包括检测电阻R3和检测电阻R4，R3的1端分别与电池的正极Vb+、N沟道MOS开关管Q1的漏极、平衡电压电阻R5的2端连接，R3的2端与R4的1端连接，R4的2端分别与电容C1的负极、检测电阻R2的2端与电池负极Vb-连接。

4.根据权利要求1所述的一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，其特征在于：所述N沟道MOS开关管Q1采用低导通电阻的功率型MOS开关管。

5.根据权利要求1所述的一种充电电源的低损耗输出防浪涌电路，其特征在于：所述平衡电压电阻R5的阻值为20-100Ω，额定功率为2-5W。