CN207339382U - 一种高效低压降防倒灌整流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种高效低压降防倒灌整流电路，包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路和电子开关电路；辅助电源电路包括电阻R1、电阻R5、稳压二极管D1；有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；电子开关电路包括MOS管Q1和集成运算放大器U1。本实用新型成功解决了电动自行车以及汽车充电输入口的安全隐患。

Description

一种高效低压降防倒灌整流电路

技术领域

本实用新型涉及一种防倒灌电路，具体的说是一种用于电动汽车和电动自行车的高效低压降防倒灌整流电路。

背景技术

目前电动汽车和电动自行车已经大量普及，但是充电却没有可靠的安全措施，在不充电时，充电口依然和电池组直接相连，存在着安全隐患，一旦充电口短路将会造成极大的安全事故，轻则烧毁车辆，重则造成人身安全事故。现有技术中为了解决这个技术问题，各种整流电路广泛应用，但是由于二极管的自身特性的存在，正向导通存在压降，当负载电流较大时，整流功耗就会较高，电源的效率就会大大下降。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高效低压降防倒灌整流电路，可以成功解决电动自行车以及汽车充电输入口的安全隐患。

本实用新型解决以上技术问题的第一种技术方案是：

一种高效低压降防倒灌整流电路，包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路和电子开关电路；辅助电源电路包括电阻R1、电阻R5、稳压二极管D1；有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；电子开关电路包括MOS管Q1和集成运算放大器U1；

电阻R1的一端接电池组和充电输入的正极，另一端接运算放大器U1的供电电源的正极Vcc和稳压二极管D1的负极，同时运算放大器U1的供电电源的负极Vss接稳压二极管D1的负极，为运算放大器U1提供供电电压；

运算放大器U1的负极Vss经电阻R5接到电池组的负极，为充电电压极性判别电路提供一个负电压；运算放大器U1的同相输入端1#接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端1#接到二极管D3的正极，二极管D3的负极接到电池组的负极，电阻R4、二极管D3组成运算放大器U1的同相输入偏置，运算放大器U1的反相输入端3#接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端3#接到二极管D2的正极，二极管D2的负极接到充电输出的负极，电阻R2和二极管D2组成运算放大器U1的反相输入偏置，同时在运算放大器U1的同相输入端和反相输入端之间接电阻R3，当无充电输入时反相输入端的偏置由电阻R2、电阻R3和二极管D3提供；

MOS管Q1的栅极连接到运算放大器U1的输出端由运算放大器U1控制其导通与否,MOS管Q1的漏极连接到充电输入端的负极并与二极管D2的负极相连, MOS管Q1的源极连接到电池组的负极并与二极管D3的负极相连。

这样，当无充电输入且充电输入端开路或者短路时运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态，防止因为充电口意外短路造成对人身机充电器，被充电设备的损坏。

当充电输入电压接反时，由于二极管D2的存在，二极管D2处于反向不导通状态，同样运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态，有效保护了充电器和电池组，不会因为充电电压接反造成被充电设备和充电器的损坏。

当外接正确的充电电压时，由于充电电流的方向是从电池组的正极流向充电电压的负极，另外由于MOS管Q1的内部寄身二极管的存在，运算放大器U1的同相输入端电位高于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出高电平，MOS管Q1处于导通状态，因此MOS管Q1上的压降就是充电电流与MOS管Q1导通电阻的乘积，由于MOS管Q1导通电阻很小，只有50mΩ，充电电流1.78A，因此MOS管Q1的压降=1.78*50mΩ=89mV，远低于肖特基二极管的导通电压500mV，降低了充电功耗，充电时不会造成充电口发热，同时由于压降很小对电池组充电不会造成充电充不满现象。

当充电结束拔出充电器的瞬时，由于MOS管Q1处于导通状态，充电电流中断，流经MOS管Q1的电流方向瞬时由电池组流向充电器的负极变成由充电器的负极流向电池组的负极，由于MOS管Q1内阻的存在（同时在设计时电阻R2的电阻值小于电阻R4的电阻值，因此二极管D2的正向导通电压高于二极管D3的正向导通电压）保证了运放的反相输入端的电位高于同相输入端的电位，因此运算放大器U1的输出端4#立即由高电平变成低电平，MOS管有导通变为关断。

本实用新型解决以上技术问题的第二种技术方案是：

一种高效低压降防倒灌整流电路，包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路和电子开关电路；辅助电源电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；电子开关电路包括MOS管Q1和运算放大器U1；有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；

电阻R1的一端接电池组和充电输入的正极，另一端接运算放大器U1的供电电源的正极Vcc，同时运算放大器U1的供电电源的负极Vss直接接到电池组的负极，电阻R1的阻值根据充电电压的不同，同时配合电阻R2和电阻R4的阻值为运算放大器U1提供合适的供电电压；

运算放大器U1的同相输入端1#接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端1#接到二极管D3的正极，二极管D3的负极接到电池组的负极，电阻R4和二极管D3组成运算放大器U1的同相输入偏置，运算放大器U1的反相输入端3#接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端3#接到二极管D2的正极，二极管D2的负极接到充电输出的负极，电阻R2和二极管D2组成运算放大器U1的反相输入偏置，同时在运算放大器U1的同相输入端和反相输入端之间接电阻R3，当无充电输入时反相输入端的偏置由电阻R2、电阻R3和二极管D3提供；

MOS管Q1的栅极连接到运算放大器U1的输出端由运算放大器U1控制其导通与否,MOS管Q1的漏极连接到充电输入端的负极并与二极管D2的负极相连, MOS管Q1的源极连接到电池组的负极并与二极管D3的负极相连。

这样，当无充电输入且充电输入端开路或者短路时运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态防止因为充电口意外短路造成对人身机充电器，被充电设备的损坏。

当充电输入电压接反时，由于二极管D2的存在，二极管D2处于反向不导通状态，同样运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态有效保护了充电器和电池组，不会因为充电电压接反造成被充电设备和充电器的损坏。

当外接正确的充电电压时，由于充电电流的方向是从电池组的正极流向充电电压的负极，另外由于MOS管Q1的内部寄身二极管的存在，运算放大器U1的同相输入端电位高于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出高电平，MOS管Q1处于导通状态，因此MOS管Q1上的压降就是充电电流与MOS管Q1导通电阻的乘积，由于MOS管Q1导通电阻很小，只有50mΩ，充电电流1.78A，因此MOS管Q1的压降=1.78*50mΩ=89mV，远低于肖特基二极管的导通电压500mV，降低了充电功耗，充电时不会造成充电口发热，同时由于压降很小对电池组充电不会造成充电充不满现象。

当充电结束拔出充电器的瞬时，由于MOS管Q1处于导通状态，充电电流中断，流经MOS管Q1的电流方向瞬时由电池组流向充电器的负极变成由充电器的负极流向电池组的负极，由于MOS管Q1内阻的存在（同时在设计时电阻R2的电阻值小于电阻R4的电阻值，因此二极管D2的正向导通电压高于二极管D3的正向导通电压）保证了运放的反相输入端的电位高于同相输入端的电位，因此运算放大器U1的输出端4#立即由高电平变成低电平，MOS管Q1有导通变为关断。

本实用新型第二种技术方案电路在第一种技术方案电路的基础上省略了稳压二极管D1，电阻R5，运放的工作电压通过电阻R1降压得到，进一步降低了产品成本，可靠性进一步提高。

由此可见，本实用新型成功解决了电动自行车以及汽车充电输入口的安全隐患，如果在电动自行车以及电动汽车的充电输入口如果没有防倒灌措施，一旦由于小孩不慎用金属将输入口短路或者由于雨水造成输入口短路，将会造成电动汽车或者电动自行车电池组机整个控制系统烧毁，甚至造成人身伤亡事故，为了解决此问题，用肖特基二极管又存在导通压降太大，充电时会发热，并且充电充不满；此实用新型有效解决了以上安全隐患，可以完全替代肖特基二极管的应用。

本实用新型电路由于可以更换Q1的型号，很容易做成高电压大电流的电子开关，且导通电阻很小，因此电路可以广泛应用于各种充电场合；由于现有的同步整流电流复杂且价格昂贵，此电路简单可靠，如果做成专用电路，只有三个脚，使用很方便，完全可以替代现有的同步整流电路；由于肖特基二极管的反向耐压不能做到高电压且肖特基二极管自身的导通电压也比较高，在大电流时自身功耗就会很大，而此电路由于导通电阻很小，因此此电路完全可以替代肖特基二极管和大电流二极管。本实用新型与开关电源作为同步整流，对电动自行车以及汽车的充电口起到有效的防短路保护。

附图说明

图1为本实用新型的电路连接框图。

图2是本实用新型的实施例1电路原理图。

图3是本实用新型实施例2的电路原理图。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种高效低压降防倒灌整流电路，如图1和图2所示，包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路和电子开关电路；辅助电源电路包括电阻R1、电阻R5、稳压二极管D1；有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；电子开关电路包括MOS管Q1和集成运算放大器U1；

电阻R1的一端接电池组和充电输入的正极，另一端接运算放大器U1的供电电源的正极Vcc和稳压二极管D1的负极，同时运算放大器U1的供电电源的负极Vss接稳压二极管D1的负极，为运算放大器U1提供供电电压；

运算放大器U1的负极Vss经电阻R5接到电池组的负极，为充电电压极性判别电路提供一个负电压；运算放大器U1的同相输入端1#接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端1#接到二极管D3的正极，二极管D3的负极接到电池组的负极，电阻R4、二极管D3组成运算放大器U1的同相输入偏置，运算放大器U1的反相输入端3#接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端3#接到二极管D2的正极，二极管D2的负极接到充电输出的负极，电阻R2和二极管D2组成运算放大器U1的反相输入偏置，同时在运算放大器U1的同相输入端和反相输入端之间接电阻R3，当无充电输入时反相输入端的偏置由电阻R2、电阻R3和二极管D3提供；

MOS管Q1的栅极连接到运算放大器U1的输出端由运算放大器U1控制其导通与否,MOS管Q1的漏极连接到充电输入端的负极并与二极管D2的负极相连, MOS管Q1的源极连接到电池组的负极并与二极管D3的负极相连。

当无充电输入且充电输入端开路或者短路时运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态，防止因为充电口意外短路造成对人身机充电器，被充电设备的损坏。

当充电输入电压接反时，由于二极管D2的存在，二极管D2处于反向不导通状态，同样运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态，有效保护了充电器和电池组，不会因为充电电压接反造成被充电设备和充电器的损坏。

当外接正确的充电电压时，由于充电电流的方向是从电池组的正极流向充电电压的负极，另外由于MOS管Q1的内部寄身二极管的存在，运算放大器U1的同相输入端电位高于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出高电平，MOS管Q1处于导通状态，因此MOS管Q1上的压降就是充电电流与MOS管Q1导通电阻的乘积，由于MOS管Q1导通电阻很小，只有50mΩ，充电电流1.78A，因此MOS管Q1的压降=1.78*50mΩ=89mV，远低于肖特基二极管的导通电压500mV，降低了充电功耗，充电时不会造成充电口发热，同时由于压降很小对电池组充电不会造成充电充不满现象。

当充电结束拔出充电器的瞬时，由于MOS管Q1处于导通状态，充电电流中断，流经MOS管Q1的电流方向瞬时由电池组流向充电器的负极变成由充电器的负极流向电池组的负极，由于MOS管Q1内阻的存在（同时在设计时电阻R2的电阻值小于电阻R4的电阻值，因此二极管D2的正向导通电压高于二极管D3的正向导通电压）保证了运放的反相输入端的电位高于同相输入端的电位，因此运算放大器U1的输出端4#立即由高电平变成低电平，MOS管有导通变为关断。

本实施例可以成功解决电动自行车以及汽车充电输入口的安全隐患，如果在电动自行车以及电动汽车的充电输入口如果没有防倒灌措施，一旦由于小孩不慎用金属将输入口短路或者由于雨水造成输入口短路，将会造成电动汽车或者电动自行车电池组机整个控制系统烧毁，甚至造成人身伤亡事故，为了解决此问题，用肖特基二极管又存在导通压降太大，充电时会发热，并且充电充不满；此实用新型有效解决了以上安全隐患，可以完全替代肖特基二极管的应用。

本实施例电路由于可以更换Q1的型号，很容易做成高电压大电流的电子开关，且导通电阻很小，因此电路可以广泛应用于各种充电场合；由于现有的同步整流电流复杂且价格昂贵，此电路简单可靠，如果做成专用电路，只有三个脚，使用很方便，完全可以替代现有的同步整流电路；由于肖特基二极管的反向耐压不能做到高电压且肖特基二极管自身的导通电压也比较高，在大电流时自身功耗就会很大，而此电路由于导通电阻很小，因此此电路完全可以替代肖特基二极管和大电流二极管。本实用新型与开关电源作为同步整流，对电动自行车以及汽车的充电口起到有效的防短路保护。

实施例2

本实施例是一种高效低压降防倒灌整流电路，如图1和图3所示，包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路和电子开关电路；辅助电源电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；电子开关电路包括MOS管Q1和运算放大器U1；有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；

电阻R1的一端接电池组和充电输入的正极，另一端接运算放大器U1的供电电源的正极Vcc，同时运算放大器U1的供电电源的负极Vss直接接到电池组的负极，电阻R1的阻值根据充电电压的不同，同时配合电阻R2和电阻R4的阻值为运算放大器U1提供合适的供电电压；

运算放大器U1的同相输入端1#接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端1#接到二极管D3的正极，二极管D3的负极接到电池组的负极，电阻R4和二极管D3组成运算放大器U1的同相输入偏置，运算放大器U1的反相输入端3#接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端3#接到二极管D2的正极，二极管D2的负极接到充电输出的负极，电阻R2和二极管D2组成运算放大器U1的反相输入偏置，同时在运算放大器U1的同相输入端和反相输入端之间接电阻R3，当无充电输入时反相输入端的偏置由电阻R2、电阻R3和二极管D3提供；

MOS管Q1的栅极连接到运算放大器U1的输出端由运算放大器U1控制其导通与否,MOS管Q1的漏极连接到充电输入端的负极并与二极管D2的负极相连, MOS管Q1的源极连接到电池组的负极并与二极管D3的负极相连。

当无充电输入且充电输入端开路或者短路时运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态防止因为充电口意外短路造成对人身机充电器，被充电设备的损坏。

当充电输入电压接反时，由于二极管D2的存在，二极管D2处于反向不导通状态，同样运算放大器U1的同相输入端电位低于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出低电平，MOS管Q1处于关断状态有效保护了充电器和电池组，不会因为充电电压接反造成被充电设备和充电器的损坏。

当外接正确的充电电压时，由于充电电流的方向是从电池组的正极流向充电电压的负极，另外由于MOS管Q1的内部寄身二极管的存在，运算放大器U1的同相输入端电位高于反相输入端电位，因此运算放大器U1输出端4#输出高电平，MOS管Q1处于导通状态，因此MOS管Q1上的压降就是充电电流与MOS管Q1导通电阻的乘积，由于MOS管Q1导通电阻很小，只有50mΩ，充电电流1.78A，因此MOS管Q1的压降=1.78*50mΩ=89mV，远低于肖特基二极管的导通电压500mV，降低了充电功耗，充电时不会造成充电口发热，同时由于压降很小对电池组充电不会造成充电充不满现象。

当充电结束拔出充电器的瞬时，由于MOS管Q1处于导通状态，充电电流中断，流经MOS管Q1的电流方向瞬时由电池组流向充电器的负极变成由充电器的负极流向电池组的负极，由于MOS管Q1内阻的存在（同时在设计时电阻R2的电阻值小于电阻R4的电阻值，因此二极管D2的正向导通电压高于二极管D3的正向导通电压）保证了运放的反相输入端的电位高于同相输入端的电位，因此运算放大器U1的输出端4#立即由高电平变成低电平，MOS管Q1有导通变为关断。

本实施例在实施例一的基础上省略了稳压二极管D1，电阻R5，运放的工作电压通过电阻R1降压得到，进一步降低了产品成本，可靠性进一步提高。

本实施例可以成功解决电动自行车以及汽车充电输入口的安全隐患，如果在电动自行车以及电动汽车的充电输入口如果没有防倒灌措施，一旦由于小孩不慎用金属将输入口短路或者由于雨水造成输入口短路，将会造成电动汽车或者电动自行车电池组机整个控制系统烧毁，甚至造成人身伤亡事故，为了解决此问题，用肖特基二极管又存在导通压降太大，充电时会发热，并且充电充不满；此实用新型有效解决了以上安全隐患，可以完全替代肖特基二极管的应用。

本实施例电路由于可以更换Q1的型号，很容易做成高电压大电流的电子开关，且导通电阻很小，因此电路可以广泛应用于各种充电场合；由于现有的同步整流电流复杂且价格昂贵，此电路简单可靠，如果做成专用电路，只有三个脚，使用很方便，完全可以替代现有的同步整流电路；由于肖特基二极管的反向耐压不能做到高电压且肖特基二极管自身的导通电压也比较高，在大电流时自身功耗就会很大，而此电路由于导通电阻很小，因此此电路完全可以替代肖特基二极管和大电流二极管。本实用新型与开关电源作为同步整流，对电动自行车以及汽车的充电口起到有效的防短路保护。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种高效低压降防倒灌整流电路，其特征在于：包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路以及电子开关电路；所述辅助电源电路包括电阻R1、电阻R5、稳压二极管D1；所述有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；所述电子开关电路包括MOS管Q1和集成运算放大器U1；

所述电阻R1的一端接电池组和充电输入的正极，另一端接运算放大器U1的供电电源的正极Vcc和稳压二极管D1的负极，同时运算放大器U1的供电电源的负极Vss接稳压二极管D1的负极，为运算放大器U1提供供电电压；

所述运算放大器U1的负极Vss经电阻R5接到电池组的负极，为有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路提供一个负电压；运算放大器U1的同相输入端1#接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端1#接到二极管D3的正极，二极管D3的负极接到电池组的负极，电阻R4、二极管D3组成运算放大器U1的同相输入偏置，运算放大器U1的反相输入端3#接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端3#接到二极管D2的正极，二极管D2的负极接到充电输出的负极，电阻R2和二极管D2组成运算放大器U1的反相输入偏置，同时在运算放大器U1的同相输入端和反相输入端之间接电阻R3，当无充电输入时反相输入端的偏置由电阻R2、电阻R3和二极管D3提供；

MOS管Q1的栅极连接到运算放大器U1的输出端由运算放大器U1控制其导通与否, MOS管Q1的漏极连接到充电输入端的负极并与二极管D2的负极相连, MOS管Q1的源极连接到电池组的负极并与二极管D3的负极相连。

2.一种高效低压降防倒灌整流电路，其特征在于：包括辅助电源电路、有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路以及电子开关电路；所述辅助电源电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；所述电子开关电路包括MOS管Q1和运算放大器U1；所述有无输入充电器电压和充电电压极性判别电路包括运算放大器U1、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3、二极管D2和二极管D3；

所述电阻R1的一端接电池组和充电输入的正极，另一端接运算放大器U1的供电电源的正极Vcc，同时运算放大器U1的供电电源的负极Vss直接接到电池组的负极，电阻R1的阻值根据充电电压的不同，同时配合电阻R2和电阻R4的阻值为运算放大器U1提供合适的供电电压；

所述运算放大器U1的同相输入端1#接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端1#接到二极管D3的正极，二极管D3的负极接到电池组的负极，电阻R4和二极管D3组成运算放大器U1的同相输入偏置，运算放大器U1的反相输入端3#接到电阻R2的一端，电阻R2的另一端接到运算放大器U1的电源正极Vcc，同时运算放大器U1的同相输入端3#接到二极管D2的正极，二极管D2的负极接到充电输出的负极，电阻R2和二极管D2组成运算放大器U1的反相输入偏置，同时在运算放大器U1的同相输入端和反相输入端之间接电阻R3，当无充电输入时反相输入端的偏置由电阻R2、电阻R3和二极管D3提供；

MOS管Q1的栅极连接到运算放大器U1的输出端由运算放大器U1控制其导通与否, MOS管Q1的漏极连接到充电输入端的负极并与二极管D2的负极相连, MOS管Q1的源极连接到电池组的负极并与二极管D3的负极相连。

3.如权利要求1或2所述的高效低压降防倒灌整流电路，其特征在于：所述电阻R2的电阻值小于电阻R4的电阻值。