CN207251255U - 一种可充电纽扣电池的管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可充电纽扣电池的管理电路，包括自动浮充电路，所述自动浮充电路包括：浮充单元，用于在纽扣电池的电池电压高于基准电源时输出充电电压以对纽扣电池进行浮充充电；限流单元，连接于所述浮充单元的输出端和所述纽扣电池之间，用于浮充单元的充电电流进行限制；掉电保护单元，连接于所述浮充单元的输入端和纽扣电池之间，用于在系统掉电时切断电池与浮充单元之间的充电路径。该电路可自动补偿由漏电引起的轻度电量损失(不用主控器干预)，可以减少有效使用次数的损失，有效提高了电池使用的寿命；进一步地，在此基础上，还可以继续增加放电保护电路，减少并回避深度放电对电池的影响，有效提高了电路的可靠性和安全性。

Description

一种可充电纽扣电池的管理电路

技术领域

本实用新型涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种可充电纽扣电池的管理电路。

背景技术

在轨道交通牵引系统的控制装置中，实时时钟和一些掉电易失性RAM(Ramdom-Access Memory，随机存取存储器)被用来记录系统的运行状态、故障记录等重要信息。而可充电纽扣电池具有可充电、寿命长的特点，常用于维持时钟和RAM在掉电期间的电源供给。

但是可充电电池的管理较不可充电电池相对复杂，目前常用的两种可充电纽扣电池管理电路如图1和图2所示，图中FAST_RECHARGE、VBAT_DIAG接主控制器，STAND-BY_EN为待机/低功耗使能，VCC_BACKUP接负载。

这两种常见的可充电纽扣电池管理电路具有下面两个缺点：

1)电池由于漏电引起的电量补偿采用主控器等设备干预，欠电深度较深，变相使用了充电次数，降低了电池使用(有效充放电回合数)寿命。

2)当掉电时间很长或后端电路损坏时，电池放电深度会大大增加，这种过放电将快速降低电池寿命，严重时电池会立即损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可充电纽扣电池的管理电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可充电纽扣电池的管理电路，包括与所述纽扣电池连接的自动浮充电路，所述自动浮充电路包括：

浮充单元，用于在所述纽扣电池的电池电压高于基准电源时输出充电电压以对所述纽扣电池进行浮充充电；

限流单元，连接于所述浮充单元的输出端和所述纽扣电池之间，用于浮充单元的充电电流进行限制；

掉电保护单元，连接于所述浮充单元的输入端和所述纽扣电池之间，用于在系统掉电时切断电池与浮充单元之间的充电路径。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述浮充单元包括第一比较器、第一滞环电阻、第二滞环电阻，所述第一比较器的异相输入端经由所述掉电保护单元连接所述纽扣电池的正极，所述第一比较器的同相输入端经由所述第一滞环电阻接所述基准电源，所述第二滞环电阻连接于所述第一比较器的同相输入端和输出端之间，所述第一比较器的输出端经由所述限流单元连接至所述纽扣电池的正极。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述限流单元包括第一限流电阻以及第一二极管，所述第一二极管的正极经由所述第一限流电阻连接所述浮充单元的输出端，所述第一二极管的负极连接至所述纽扣电池的正极。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述掉电保护单元包括第一开关管、第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻、第二分压电阻串接于固定电源和地之间，第一开关管的控制端连接于所述第一分压电阻、第二分压电阻之间，所述第一开关管的输入端连接所述纽扣电池的正极，所述第一开关管的输出端连接所述浮充单元的输入端。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述管理电路还包括过放电保护电路，所述过放电保护电路包括：

电池电压采样电路，与所述纽扣电池连接，用于采样所述纽扣电池的电池电压；

过放电检测单元，与所述电池电压采样电路连接，用于在采样到的所述电池电压低于预设值时，发送保护信号；

负载开关电路，连接于所述纽扣电池和负载之间，且与所述过放电检测单元连接，用于在接收到所述保护信号时切断所述纽扣电池与负载之间放电路径。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述电池电压采样电路包括第二二极管、第三分压电阻、第四分压电阻，所述第二二极管的正极连接述负载开关电路的输出端，所述第二二极管的负极连接所述过放电检测单元的电源端，所述第二二极管还经由第三分压电阻、第四分压电阻接地，所述第三分压电阻、第四分压电阻之间连接至所述过放电检测单元的输入端。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述负载开关电路包括第二开关管、第三开关管、第二限流电阻、第一驱动电阻、第二驱动电阻，所述第二开关管串接在所述纽扣电池的正极与负载之间的通路上，所述第三开关管的输入端连接所述过放电检测单元的输出端以接收所述保护信号，所述第三开关管的控制端经由所述第一驱动电阻连接至所述过放电检测单元的电源端，所述第三开关管的输出端经由所述第二驱动电阻连接至所述第二开关管的控制端，所述第三开关管的输出端还经由所述第二限流电阻连接至所述第二开关管的输入端。

在本实用新型所述的可充电纽扣电池的管理电路中，所述过放电检测单元包括带参考电压的第二比较器、滤波电容、第三二极管，所述第二比较器的电源端连接所述第三二极管的负极以及经由所述滤波电容接地，所述第三二极管的正极接一固定电压。

实施本实用新型的可充电纽扣电池的管理电路，具有以下有益效果：本实用新型增设了自动浮充电路，其可自动补偿由漏电引起的轻度电量损失(不用主控器干预)，可以减少有效使用次数的损失，有效提高了电池使用的寿命；进一步地，在此基础上，还可以继续增加放电保护电路，减少并回避深度放电对电池的影响，有效提高了电路的可靠性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1现有的一种可充电纽扣电池管理电路的电路图；

图2现有的另一种可充电纽扣电池管理电路的电路图；

图3是本实用新型实施例一中的自动浮充电路的电路图；

图4是本实用新型实施例二中的过放电保护电路的电路图；

图5是本实用新型实施例二的完整电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本实用新型总的思路是：构建一种可充电纽扣电池的管理电路，包括与所述纽扣电池连接的自动浮充电路，自动补偿由漏电引起的轻度电量损失(不用主控器干预)，可以减少有效使用次数的损失，有效提高了电池使用的寿命；在此基础上，还可以继续增加放电保护电路，减少并回避深度放电对电池的影响，有效提高了可靠性和安全性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

参考图3，本实用新型中的自动浮充电路具体包括：

浮充单元12，用于在所述纽扣电池的电池电压高于基准电源时输出充电电压以对所述纽扣电池进行浮充充电；

限流单元13，连接于所述浮充单元12的输出端和所述纽扣电池之间，用于浮充单元12的充电电流进行限制；

掉电保护单元11，连接于所述浮充单元12的输入端和所述纽扣电池之间，用于在系统掉电时切断电池与浮充单元12之间的充电路径。

具体的，所述浮充单元12包括比较器U1-B、滞环电阻R3、滞环电阻R4，所述限流单元13包括限流电阻R5以及二极管D1，所述掉电保护单元11包括开关管Q1、分压电阻R1、分压电阻R2，其中，开关管Q1具体为N沟道MOS管。

所述分压电阻R1、分压电阻R2串接于+5V的固定电源和地之间，MOS管Q1的栅极连接于所述分压电阻R1、分压电阻R2之间，MOS管Q1的漏极连接纽扣电池G1的正极，MOS管Q1的源极连接所述比较器U1-B的异相输入端，所述比较器U1-B的同相输入端经由所述滞环电阻R3接所述+3V的基准电源，如图中的+3VREF所示，所述滞环电阻R4连接于所述比较器U1-B的同相输入端和输出端之间，所述比较器U1-B的输出端经由所述限流电阻R5连接至二极管D1的正极，二极管D1的负极连接至所述纽扣电池G1的正极。

优选的，U1采用TI公司的轨至轨运放LMV842QMM。Q1采用NXP公司的PMV45EN2。二极管D1采用vishay公司的1N4148W，具有不大于20nA超低的漏电流。

本实施例的工作原理为：当电池电压大于+3V的基准电源时，比较器U1-B输出5V高电平并通过限流电阻R5和二极管D1对电池G1进行自动浮充。当系统电源掉电时，自动浮充电路停止工作，Q1工作在阻断状态，防止电池电压通向比较器U1-B的引脚，造成芯片损坏。

实施例二

参考图4-5，实施例二是在实施例一的基础上增加一个过放电保护电路，该过放电保护电路具体包括：

电池电压采样电路21，与所述纽扣电池连接，用于采样所述纽扣电池的电池电压；

过放电检测单元23，与所述电池电压采样电路21连接，用于在采样到的所述电池电压低于预设值时，发送保护信号；

负载开关电路22，连接于所述纽扣电池和负载之间，且与所述过放电检测单元23连接，用于在接收到所述保护信号时切断所述纽扣电池与负载之间放电路径。

具体的，所述电池电压采样电路21包括二极管D2、分压电阻R6、分压电阻R73，所述负载开关电路22包括开关管Q2、开关管Q3、限流电阻R10、驱动电阻R8、驱动电阻R9，所述过放电检测单元23包括带参考电压的比较器U2、滤波电容C1、二极管D3。其中，开关管Q2为P沟道MOS管，开关管Q3为N沟道MOS管。

MOS管Q2串接在所述纽扣电池G1的正极与负载之间的通路上，MOS管Q3的源极连接比较器U2的输出端以接收所述保护信号，MOS管Q3的控制端经由所述驱动电阻R8连接至比较器U2的电源端，MOS管Q3的漏极经由所述驱动电阻R9连接至MOS管Q2的栅极，MOS管Q3的漏极还经由所述限流电阻R10连接至MOS管Q2的源极。所述二极管D2的正极连接述MOS管Q2的漏极，所述二极管D2的负极连接比较器U2的电源端，所述二极管D2还经由分压电阻R6、分压电阻R73接地，所述分压电阻R6、分压电阻R73之间连接至比较器U2的输入端，所述比较器U2的电源端连接所述二极管D3的负极以及经由所述滤波电容C1接地，所述二极管D3的正极接一3.3V的固定电压。

优选的，U2采用Linear Technolagy公司的LTC1540，具有0.3uA超低的工作电流。Q2采用NXP公司的BSS84AK，导通电阻4.5Ω。Q3采用NXP公司的PMV45EN2，导通电阻35mΩ。二极管D2采用ST公司的小信号肖特基二极管BAT46ZFILM，具有0.1-0.2V超低的正向导通压降。二极管D3采用vishay公司的1N4148W，具有不大于20nA超低的漏电流。分压电阻R6，R7选取MΩ级电阻，漏电流控制在0.2uA以内。限流电阻R10采用10MΩ电阻，将留过Q3的漏电流限制在0.3uA。驱动电阻R8，R9采用1KΩ电阻。

本实施例的工作原理为：纽扣电池G1电压经过Q2后经过D2连接到U2的电源端，一方面为U2供电，另一方面经过电阻R6、R7分压后输入到比较器的异相输入端。当电池正常，且负载正常时，a点电压大于保护点，比较器U2输出低电平，Q2和Q3导通，电池正常向负载供电。而当电池严重欠电或负载异常导致电流较大时，a点电压小于保护点，这时U2输出高电平，Q2，Q3关断，电池停止向负载供电，从而达到有效保护电池严重消耗和损坏的目的。

综上所述，实施本实用新型的可充电纽扣电池的管理电路，具有以下有益效果：本实用新型增设了自动浮充电路，其可自动补偿由漏电引起的轻度电量损失(不用主控器干预)，可以减少有效使用次数的损失，有效提高了电池使用的寿命；进一步地，在此基础上，还可以继续增加放电保护电路，减少并回避深度放电对电池的影响，有效提高了电路的可靠性和安全性。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，包括与所述纽扣电池连接的自动浮充电路，所述自动浮充电路包括：

浮充单元，用于在所述纽扣电池的电池电压高于基准电源时输出充电电压以对所述纽扣电池进行浮充充电；

限流单元，连接于所述浮充单元的输出端和所述纽扣电池之间，用于对所述浮充单元的充电电流进行限制；

掉电保护单元，连接于所述浮充单元的输入端和所述纽扣电池之间，用于在系统掉电时切断电池与所述浮充单元之间的充电路径。

2.根据权利要求1所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述浮充单元包括第一比较器、第一滞环电阻、第二滞环电阻，所述第一比较器的异相输入端经由所述掉电保护单元连接所述纽扣电池的正极，所述第一比较器的同相输入端经由所述第一滞环电阻接所述基准电源，所述第二滞环电阻连接于所述第一比较器的同相输入端和输出端之间，所述第一比较器的输出端经由所述限流单元连接至所述纽扣电池的正极。

3.根据权利要求1所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述限流单元包括第一限流电阻以及第一二极管，所述第一二极管的正极经由所述第一限流电阻连接所述浮充单元的输出端，所述第一二极管的负极连接至所述纽扣电池的正极。

4.根据权利要求1所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述掉电保护单元包括第一开关管、第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻、第二分压电阻串接于固定电源和地之间，第一开关管的控制端连接于所述第一分压电阻、第二分压电阻之间，所述第一开关管的输入端连接所述纽扣电池的正极，所述第一开关管的输出端连接所述浮充单元的输入端。

5.根据权利要求1所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述管理电路还包括过放电保护电路，所述过放电保护电路包括：

电池电压采样电路，与所述纽扣电池连接，用于采样所述纽扣电池的电池电压；

过放电检测单元，与所述电池电压采样电路连接，用于在采样到的所述电池电压低于预设值时，发送保护信号；

负载开关电路，连接于所述纽扣电池和负载之间，且与所述过放电检测单元连接，用于在接收到所述保护信号时切断所述纽扣电池与负载之间放电路径。

6.根据权利要求5所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述电池电压采样电路包括第二二极管、第三分压电阻、第四分压电阻，所述第二二极管的正极连接述负载开关电路的输出端，所述第二二极管的负极连接所述过放电检测单元的电源端，所述第二二极管还经由第三分压电阻、第四分压电阻接地，所述第三分压电阻、第四分压电阻之间连接至所述过放电检测单元的输入端。

7.根据权利要求5所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述负载开关电路包括第二开关管、第三开关管、第二限流电阻、第一驱动电阻、第二驱动电阻，所述第二开关管串接在所述纽扣电池的正极与负载之间的通路上，所述第三开关管的输入端连接所述过放电检测单元的输出端以接收所述保护信号，所述第三开关管的控制端经由所述第一驱动电阻连接至所述过放电检测单元的电源端，所述第三开关管的输出端经由所述第二驱动电阻连接至所述第二开关管的控制端，所述第三开关管的输出端还经由所述第二限流电阻连接至所述第二开关管的输入端。

8.根据权利要求5所述的可充电纽扣电池的管理电路，其特征在于，所述过放电检测单元包括带参考电压的第二比较器、滤波电容、第三二极管，所述第二比较器的电源端连接所述第三二极管的负极以及经由所述滤波电容接地，所述第三二极管的正极接一固定电压。