CN209250288U - 一种双阈值充放电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种双阈值充放电保护电路，包括电压检测电路，所述电压检测电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一滞回比较器和第二滞回比较器的一端，所述第一滞回比较器的另一端通过第一驱动开关电路连接太阳能板，所述第二滞回比较器的另一端通过第二驱动开关电路连接用电设备。本实用新型实施例提供的双阈值充放电保护电路，采用滞回比较器形成锂电池过放保护或过充保护时的双阈值电压，与传统的保护电路采用单阈值保护，锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少相比，本实用新型减少了电池的充放电动作频次，提高了电路的稳定性。

Description

一种双阈值充放电保护电路

技术领域

本实用新型实施例涉及太阳能充电技术领域，尤其涉及一种双阈值充放电保护电路。

背景技术

锂电池由于性能比较稳定，常作为监测站的供电的首选。土壤墒情监测站作为农业环境监测中一个重要装置，需经常安装在野外环境下。而锂电池为维持充足电量，需要加装太阳能充电装置。由于安装环境比较恶劣，长期受季节、天气、电磁等因素影响，且处于无人值守状态，所以稳定的供电需求十分迫切。

现有太阳能充锂电池电路中多选用单片机控制。单片机也易受多种因素影响，如天气、电磁环境和软件等，可靠性不如纯分立元件高，且价格相对偏高。在现有由分立元件搭建的保护电路中，保护锂电池过冲或过放均采用单阈值保护，电路性能较为敏感，当锂电池充电到设置的保护电压时，单阈值电路会断开充电回路来保护锂电池过充，此时用电设备强耗电，在极短时间内又连接充电回路；当锂电池放电到设置的保护电压时，单阈值电路会断开放电回路，保护锂电池过放，此时若太阳能强充电，在极短时间内又要连接放电回路。在上述两种情形下，电池会频繁地充放，最终导致锂电池寿命减少。

实用新型内容

针对传统由分立元件搭建的保护电路中，保护锂电池过冲或过放均采用单阈值保护，锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少的缺陷。本实用新型实施例提供一种双阈值充放电保护电路。

本实用新型实施例提供一种双阈值充放电保护电路，包括电压检测电路，所述电压检测电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一滞回比较器和第二滞回比较器的一端，所述第一滞回比较器的另一端通过第一驱动开关电路连接太阳能板，所述第二滞回比较器的另一端通过第二驱动开关电路连接用电设备；

所述电压检测电路用于检测锂电池电压，所述第一滞回比较器用于形成锂电池过充保护时的双阈值电压；所述第二滞回比较器用于形成锂电池过放保护时的双阈值电压；所述第一驱动开关电路用于根据锂电池的电压和过充保护时的双阈值电压，控制太阳能板与锂电池的通断；所述第二驱动开关电路用于根据锂电池电压和锂电池过放保护时的双阈值电压，控制锂电池与用电设备的通断。

其中，所述电压检测电路包括分压电路、第一射极跟随器和第二射极跟随器，所述分压电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一射极跟随器和第二射极跟随器的一端，所述第一射极跟随器的另一端连接第一滞回比较器，所述第二射极跟随器的的另一端连接第二滞回比较器。

其中，所述双阈值充放电保护电路还包括电源电路，所述电源电路用于为双阈值充放电保护电路提供工作电压。

其中，所述第一滞回比较器包括第一运算放大器、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；

所述第一运算放大器的正向输入端通过电阻R7连接第一射极跟随器，所述第一运算放大器的反向输入端连接+5V的直流电源，所述第一运算放大器的正向输入端和输出端之间并联有电阻R8和R9，所述第一运算放大器的输出端同时连接第一驱动开关电路、电阻R12以及电阻R11的一端，电阻R11的另一端通过电阻R10连接+5V的直流电源，所述电阻R12的另一端接地。

其中，所述第二滞回比较器包括第二运算放大器、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；

所述第二运算放大器的正向输入端通过电阻R13连接第二射极跟随器，所述第二运算放大器的反向输入端连接+5V的直流电源，所述第二运算放大器的正向输入端和输出端之间并联有电阻R14和电阻R15，所述第二运算放大器的输出端同时连接第二驱动开关电路、电阻R17和R18的一端，电阻R17的另一端通过电阻R16连接+5V的直流电源，电阻R18的另一端接地。

本实用新型实施例提供的双阈值充放电保护电路，采用滞回比较器形成锂电池过放保护或过充保护时的双阈值电压，与传统的保护电路采用单阈值保护，锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少相比，本实用新型减少了电池的充放电动作频次，提高了电路的稳定性。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本实用新型实施例提供的双阈值充放电保护电路的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例提供的电压检测电路的电路图；

图3(a)为根据本实用新型实施例提供的第一滞回比较器的电路图；

图3(b)为根据本实用新型实施例提供的第二滞回比较器的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本实用新型实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

由于传统由分立元件搭建的保护电路中，保护锂电池过冲或过放均采用单阈值保护，电路性能较为敏感，当锂电池充电到设置的保护电压时，单阈值电路会断开充电回路来保护锂电池过充，此时用电设备强耗电，在极短时间内又连接充电回路；当锂电池放电到设置的保护电压时，单阈值电路会断开放电回路，保护锂电池过放。传统由分立元件搭建的保护电路中锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少。

因此，本实用新型实施例提供一种双阈值充放电保护电路，采用滞回比较器形成锂电池过放保护或过充保护时的双阈值电压，解决了传统保护电路采用单阈值保护，锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少的技术问题。提高了电路的稳定性。

图1为根据本实用新型实施例提供的双阈值充放电保护电路的结构示意图，如图1所示，该双阈值充放电保护电路包括电压检测电路，所述电压检测电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一滞回比较器和第二滞回比较器的一端，所述第一滞回比较器的另一端通过第一驱动开关电路连接太阳能板，所述第二滞回比较器的另一端通过第二驱动开关电路连接用电设备；

所述电压检测电路用于检测锂电池电压，所述第一滞回比较器用于形成锂电池过充保护时的双阈值电压；所述第二滞回比较器用于形成锂电池过放保护时的双阈值电压；所述第一驱动开关电路用于根据锂电池的电压和过充保护时的双阈值电压，控制太阳能板与锂电池的通断；所述第二驱动开关电路用于根据锂电池电压和锂电池过放保护时的双阈值电压，控制锂电池与用电设备的通断。

其中，滞回比较器又称施密特触发器，迟滞比较器。这种比较器的特点是当输入信号ui逐渐增大或逐渐减小时，它有两个阈值，且不相等，其传输特性具有“滞回”曲线的形状。

具体的，锂电池充电时，若锂电池电压升高至第一电压阈值，则第一驱动开关电路断开太阳能板与锂电池连接，若锂电池电压降至第二电压阈值，则第一驱动开关电路重新连接太阳能板与锂电池，进行充电。锂电池放电时，若锂电池电压降低至第三电压阈值，则第二驱动开关电路断开用电设备与锂电池连接，防止锂电池进一步放电。若锂电池电压升高至第四电压阈值，则第二驱动开关电路重新连接用电设备与锂电池。

以充三节锂电池为例，当锂电池电压为12.6VDC时，为防止太阳能进一步充电，断开太阳能板与锂电池连接；当锂电池电压降至12.0VDC时，重新连接太阳能板与锂电池；当锂电池电压为10.5VDC时，为防止锂电池进一步放电，断开用电设备与锂电池连接；当锂电池电压升至11.4VDC时，重新连接用电设备与锂电池。

本实用新型实施例提供的双阈值充放电保护电路，采用滞回比较器形成锂电池过放保护或过充保护时的双阈值电压，与传统的保护电路采用单阈值保护，锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少相比，本实用新型减少了电池的充放电动作频次，提高了电路的稳定性。

在上述实施例的基础上，所述电压检测电路包括分压电路、第一射极跟随器和第二射极跟随器，所述分压电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一射极跟随器和第二射极跟随器的一端，所述第一射极跟随器的另一端连接第一滞回比较器，所述第二射极跟随器的的另一端连接第二滞回比较器。

图2为根据本实用新型实施例提供的电压检测电路的电路图，如图2所示，电压检测电路选用分压电阻R3、R4。第一射极跟随器连接+5V的直流电源。图中示出了各电阻的大小。第一射极跟随器和第二射极跟随器均选用LM324D。其中第一射极跟随器的输出端连接第一滞回比较器，第二射极跟随的输出端连接第二滞回比较器；需要说明的是，图2中LIPower是指锂电池，“滞回1输出”是指第一滞回比较器，“滞回2输出”是指第二滞回比较器。

优选的，本实施例中电路中分压系数设置为3：1，本实施例通过设置射极跟随器，使后级电路输入阻抗不影响分压结果。

在上述各实施例的基础上，所述双阈值充放电保护电路还包括电源电路，所述电源电路用于为双阈值充放电保护电路提供工作电压。

图3(a)为根据本实用新型实施例提供的第一滞回比较器的电路图，如图3(a)所示，第一滞回比较器包括第一运算放大器、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；图中示出了各电阻的大小。第一运算放大器选用LM324D。

第一运算放大器的正向输入端通过电阻R7连接第一射极跟随器，所述第一运算放大器的反向输入端连接+5V的直流电源，所述第一运算放大器的正向输入端和输出端之间并联有电阻R8和R9，所述第一运算放大器的输出端同时连接第一驱动开关电路、电阻R12以及电阻R11的一端，电阻R11的另一端通过电阻R10连接+5V的直流电源，所述电阻R12的另一端接地。

锂电池充电时，若锂电池电压升高至第一电压阈值，则第一驱动开关电路断开太阳能板与锂电池连接，若锂电池电压降至第二电压阈值，则第一驱动开关电路重新连接太阳能板与锂电池，进行充电。第一电压阈值和第二电压阈值分别由下列公式计算得：

式中，V_TH1是指第一电压阈值，V_TH2是指第二电压阈值。

本实施例中，经计算第一电压阈值和第二电压阈值分别为4.16V和4.1V，误差主要来源于电阻取值，第一滞回比较器用于形成锂电池过充保护时的双阈值电压。

图3(b)为根据本实用新型实施例提供的第二滞回比较器的电路图，如图3(b)所示，所述第二滞回比较器包括第二运算放大器、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；图中示出了各电阻的大小。第二运算放大器选用LM324D。

第二运算放大器的正向输入端通过电阻R13连接第二射极跟随器，所述第二运算放大器的反向输入端连接+5V的直流电源，所述第二运算放大器的正向输入端和输出端之间并联有电阻R14和电阻R15，所述第二运算放大器的输出端同时连接第二驱动开关电路、电阻R17和R18的一端，电阻R17的另一端通过电阻R16连接+5V的直流电源，电阻R18的另一端接地。

本实用新型实施例提供的双阈值充放电保护电路，采用滞回比较器形成锂电池过放保护或过充保护时的双阈值电压，与传统的保护电路采用单阈值保护，锂电池会频繁地充放电，导致锂电池寿命减少相比，本实用新型减少了电池的充放电动作频次，提高了电路的稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种双阈值充放电保护电路，其特征在于，包括电压检测电路，所述电压检测电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一滞回比较器和第二滞回比较器的一端，所述第一滞回比较器的另一端通过第一驱动开关电路连接太阳能板，所述第二滞回比较器的另一端通过第二驱动开关电路连接用电设备；

所述电压检测电路用于检测锂电池电压，所述第一滞回比较器用于形成锂电池过充保护时的双阈值电压；所述第二滞回比较器用于形成锂电池过放保护时的双阈值电压；所述第一驱动开关电路用于根据锂电池的电压和过充保护时的双阈值电压，控制太阳能板与锂电池的通断；所述第二驱动开关电路用于根据锂电池电压和锂电池过放保护时的双阈值电压，控制锂电池与用电设备的通断。

2.根据权利要求1所述的双阈值充放电保护电路，其特征在于，所述电压检测电路包括分压电路、第一射极跟随器和第二射极跟随器，所述分压电路一端连接锂电池，另一端分别连接第一射极跟随器和第二射极跟随器的一端，所述第一射极跟随器的另一端连接第一滞回比较器，所述第二射极跟随器的另一端连接第二滞回比较器。

3.根据权利要求2所述的双阈值充放电保护电路，其特征在于，所述双阈值充放电保护电路还包括电源电路，所述电源电路用于为双阈值充放电保护电路提供工作电压。

4.根据权利要求3所述的双阈值充放电保护电路，其特征在于，所述第一滞回比较器包括第一运算放大器、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R12；

所述第一运算放大器的正向输入端通过电阻R7连接第一射极跟随器，所述第一运算放大器的反向输入端连接+5V的直流电源，所述第一运算放大器的正向输入端和输出端之间并联有电阻R8和R9，所述第一运算放大器的输出端同时连接第一驱动开关电路、电阻R12以及电阻R11的一端，电阻R11的另一端通过电阻R10连接+5V的直流电源，所述电阻R12的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的双阈值充放电保护电路，其特征在于，所述第二滞回比较器包括第二运算放大器、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；

所述第二运算放大器的正向输入端通过电阻R13连接第二射极跟随器，所述第二运算放大器的反向输入端连接+5V的直流电源，所述第二运算放大器的正向输入端和输出端之间并联有电阻R14和电阻R15，所述第二运算放大器的输出端同时连接第二驱动开关电路、电阻R17和R18的一端，电阻R17的另一端通过电阻R16连接+5V的直流电源，电阻R18的另一端接地。