CN209658954U - 环形非隔离电源模块 - Google Patents

Abstract

一种环形非隔离电源模块包括：电池组与电池组连接的电源电路，电源电路包括：与电池组连接并提供器件驱动电源的器件供电电路、主控单元、电压检测电路、过充保护电路、过放保护电路、负载电路，过充保护电路包括：连接外部电源或充电器并接入主控单元且工作状态导通的开关管Q4、连接外部电源或充电器连接端并接入电池组且工作状态导通而过充状态关断的开关管Q5、与开关管Q5连接并受主控单元控制工作状态导通而过充状态关断的开关管Q7；上述环形非隔离电源模块，当电压达到过充保护值时，主控单元检测到高电平信号，控制关断开关管Q7，开关管Q5的1脚与2脚电压电位相同，开关管Q5关断，电池充电电路正负回路关断，达成过充保护。

Description

环形非隔离电源模块

技术领域

本实用新型涉及一种直流供电电源，特别涉及一种环形非隔离电源模块。

背景技术

对直流供电模块中的电池或电池组进行充电时容易造成过充，可能导致电池内压升高、电池变形、漏液等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。

锂离子电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。锂离子动力电池充放电电流大，不易散热，过充时更易造成安全性问题。

为防止过充，通常采用专用的充电电路，或者安装安全阀，以提供更大程度的过充保护；也可采用正温系数电阻器(PTC)，正温度系数电阻器可使电池过充而升温时增大电池的内阻，限制过充电流。也可采用专用的隔膜，电池发生异常使隔膜温度过高时，隔膜孔隙收缩闭塞，阻止锂离子的迁移，防止过充。上述方法有一定的效果，但过于复杂或繁琐，增加了电池的成本与复杂性。锂离子电池的充电如果采用专用充电器，充电电压一般会限制在4.2V以内。但是，如果不是采用专用充电器，或充电器失效造成电池严重过充电，将有可能造成电池起火、爆炸。电池的充电控制非常重要，否则，存在严重的安全问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种可有效进行过充保护的环形非隔离电源模块。

一种环形非隔离电源模块，包括：多个电池单元形成的环形电池组、及与所述电池组连接的电源电路，不同电池单元或不同数量电池单元连接形成分组电池组，所述电池组的负极接地，所述电源电路包括：与所述电池组连接并提供器件驱动电源的器件供电电路、接入器件驱动电源的主控单元、与所述电池单元或分组电池组或电池组连接并检测电池单元或分组电池组或电池组电压且将检测信号传输给所述主控单元进行比较判断的电压检测电路、与所述主控单元连接的过充保护电路、与所述主控单元连接的过放保护电路、与所述过放保护电路连接的负载电路，所述电压检测电路包括：一个或多个电压检测单元，所述电压检测单元包括：与电池单元或分组电池组或电池组的正极连接的限流电阻、与所述限流电阻连接的采样电阻、及并联在采样电阻两端的滤波电容，电压检测单元的采样电阻接地，所述过充保护电路包括：连接外部电源或充电器连接端并接入所述主控单元且于工作状态时导通的开关管Q4、与所述主控单元连接并受控过充状态关断而工作状态导通的开关管Q7、与所述开关管Q7连接并因开关管Q7关断引起关断且工作状态导通的开关管Q5，所述开关管Q5的1脚与所述开关管Q7连接、其2脚连接外部电源或充电器连接端、3脚接入所述电池组。

在优选实施例中，所述开关管Q5通过单向导通开关管D5单向导通接入所述电池组的正极，所述开关管Q5为MOS管Q5，所述MOS管Q5的2脚为MOS管Q5的源极、其接入外部电源或充电器连接端，所述MOS管Q5的1脚为MOS管Q5的栅极，所述MOS管Q5的3脚为MOS管Q5的漏极，所述MOS管Q5的源极与栅极之间连接偏置电阻R28，所述开关管Q7为三极管Q7，所述MOS管Q5栅极接入所述三极管Q7的集电极，所述三极管Q7的发射极接地、其基极接入所述主控单元并受主控单元控制，所述开关管Q4为三极管Q4，所述三极管Q4的基极接入外部电源或充电器连接端的正极端、其发射极接地、其集电极接入所述主控单元。

在优选实施例中，所述三极管Q7为NPN型三极管，所述单向导通开关管D5为二极管D5，所述MOS管Q5的漏极通过二极管D5接入电池组的正极，所述二极管D5正极接入所述MOS管Q5的漏极、其负极接入所述电池组的正极，所述三极管Q7的基极通过电阻R25接入所述主控单元，器件驱动电源通过电阻R13接入三极管Q4的集电极，所述三极管Q4为NPN三极管，所述三极管Q4基极通过下拉电阻R27接地、其基极另一条支路通过电阻R26连接外部电源或充电器连接端的正极端，电阻27两端并联有电容C15，所述MOS管Q5为P沟道MOS管，所述三极管Q4的集电极接入主控单元并引出另一条支路通过电容C13接地，外部电源或充电器正极连接端通过电阻R99连接三极管Q4的发射极并接地。

在优选实施例中，所述过放保护电路包括：接入负载电路并连接所述主控单元受主控单元控制于工作状态导通而过放状态关断的开关管QM1，所述负载电路一端与所述电池组的正极连接、另一端与开关管QM1另一端连接，所述开关管QM1的再一端接入所述电池组的负极，所述开关管QM1一端接入所述主控单元的控制端。

在优选实施例中，所述开关管QM1为MOS管QM1，所述开关管QM1为N沟道MOS管，所述MOS管QM1的栅极与源极之间接入偏置电阻R36、其源极与漏极之间接入电容C18，所述MOS管QM1的栅极通过电阻R35接入所述主控单元的以通过脉宽调节控制调节输出电压或功率的PWM控制端，所述MOS管QM1的源极通过限流电阻RS1接入所述电池组的负极，所述电池组负极接入外部电源或充电器负极连接端并接地。

在优选实施例中，还包括：与所述主控单元及所述电池组连接的短路保护电路、与所述主控单元连接并检测回路电流的过流保护电路、与所述主控单元连接并检测电池组或电池单元温度以反馈给主控单元控制进行过温保护的高温保护电路，所述短路保护电路包括：与所述主控单元连接并比较输入电压与基准电压以反馈给主控单元控制所述开关管QM1导通或关断以进行短路保护的比较器U3、接入所述比较器U3的反相输入端并连接开关管QM1的采样电阻R39、与采样电阻R39连接的滤波电容C19，所述比较器U3的输出端接入所述主控单元；所述高温保护电路包括：检测电池组或电池单元温度并与所述主控单元连接将检测信号反馈给所述主控单元的热敏电阻NTC、并联在所述热敏电阻NTC两端的滤波电容C12，所述热敏电阻NTC另一端接地。

在优选实施例中，所述比较器U3的电源端接入器件驱动电源，所述比较器U3的电源端延伸一条支路通过电阻R40、R41接地；所述比较器U3的正相输入端接入电阻R40、R41之间，其公共接地端接地；所述采样电阻R39接入开关管QM1的源极，所述过流保护电路包括：接入所述主控单元的采样电阻R45、与采样电阻R45连接的滤波电容C21，所述采样电阻R45接入主控单元的检测端，采样电阻R45另一端接入到所述开关管QM1的源极；所述热敏电阻NTC一端通过电阻R18接入器件驱动电源、该端延伸出一条支路通过电阻R19接入所述主控单元。

在优选实施例中，还包括：与所述主控单元连接并与所述器件供电电路连接的启动电路，所述器件供电电路包括：与所述电池组连接的开关管Q2、与所述开关管Q2连接的单向开关管D1、与所述单向开关管连接的稳压器U2、所述电池组连接的开关管Q1，所述稳压器U2的输出端输出器件驱动电源，外部电源或充电器连接端通过单向开关管D2接入开关管Q1，所述主控单元通过单向开关管D4接入开关管Q1，所述开关管Q2与所述单向开关管D1连接一端输出基准电压，所述启动电路包括：接收启动动作并将启动信号传输给主控单元控制负载进行分级或分档工作的启动开关，所述启动开关一端接地，另一端接入所述主控单元、另一端引出一分支接入器件驱动电源中、引出另一分支接入所述器件供电电路。

在优选实施例中，所述开关管Q2为PNP三极管Q2，所述开关管Q1为NPN三极管Q1，所述单向开关管D1为二极管D1，所述单向开关管D4为二极管D4，所述单向开关管D2为二极管D2；外部电源或充电器的正极连接端经过电阻R30、通过二极管D2单向导通、经电阻R11接入到三极管Q1的基极、三极管Q1的集电极经电阻R8、R7接入所述三极管Q2的发射极，并接入所述电池组的正极，所述三极管Q2的集电极输出基准电压；所述主控单元输出提供器件驱动电源的相对低电压或负电压、经二极管D3单向导通、经电阻R11接入到三极管Q1的基极，所述三极管Q2的基极接入电阻R7与R8之间并分支经电阻R48接入到充电指示装置，所述三极管Q1的基极与发射极之间设置有RC并联电路，并通过发射极接地，所述三极管Q2的集电极输出基准电压、同时经二极管D1单向导通经电阻R10接入到稳压器U2的输入端，所述稳压器U2的输出端输出器件驱动电源，所述稳压器U2输入端分支支路经电容C8接地、稳压器U2的接地端接地、其输出端另经并联电容电路接地，所述主控单元经二极管D4接入启动开关的一端，启动开关的另一端接地，所述启动开关与所述二极管D4之间引出一分支通过电阻R48接入所述器件供电电路，所述主控单元通过限流电阻接入到充电指示装置。

在优选实施例中，所述电压检测电路包括：多个电压检测单元，其中一个电压检测单元包括：与电池单元的正极连接的限流电阻R1、与所述限流电阻R1连接的采样电阻R9、及并联在采样电阻R9两端的滤波电容C1，采样电阻R9一端与所述限流电阻R1连接，同时接入主控单元、另一端接地；第二个电压检测单元包括：与两个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R3、与所述限流电阻R3连接的采样电阻R2、及并联在采样电阻R2两端的滤波电容C2，采样电阻R2一端与所述限流电阻R3连接、同时接入主控单元，采样电阻R2另一端接地；第三个电压检测单元包括：与三个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R5、与所述限流电阻R5连接的采样电阻R4、及并联在采样电阻R4两端的滤波电容C3，采样电阻R4一端与所述限流电阻R5连接、同时接入主控单元，采样电阻R4另一端接地；第四个电压检测单元包括：与四个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R12、与所述限流电阻R12连接的采样电阻R20、及并联在采样电阻R20两端的滤波电容C4，采样电阻R20一端与所述限流电阻R12连接、同时接入主控单元，采样电阻R20另一端接地；第五个电压检测单元包括：与五个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R21、与所述限流电阻R21连接的采样电阻R22、及并联在采样电阻R22两端的滤波电容C5，采样电阻R22一端与所述限流电阻R21连接、同时接入主控单元，采样电阻R22另一端接地；第六个电压检测单元包括：与六个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R23、与所述限流电阻R23连接的采样电阻R24、及并联在采样电阻R24两端的滤波电容C6，采样电阻R24一端与所述限流电阻R23连接、同时接入主控单元，采样电阻R24另一端接地；第N个电压检测单元包括：与N个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻、与所述限流电阻连接的采样电阻、及并联在采样电阻两端的滤波电容，采样电阻一端与所述限流电阻连接，同时接入主控单元，该采样电阻另一端接地。

上述的环形非隔离电源模块，通过主控单元控制，正常充电工作时，与外部电源或充电器连接的开关管Q5导通，开关管Q7、Q4导通，进行正常充电工作，当电池充满电后，电压达到预设过充保护值时，主控单元检测到高电平信号，判断电池单元或电池组处于电压过充状态，主控单元输出控制信号关断开关管Q7，当开关管Q7关断时，开关管Q5的1脚与2脚电压电位相同，开关管Q5关断，电池充电电路正负回路关断，充电停止，达成过充保护，电路设计简单，性能稳定有效，通过主控单元控制开关管通断即可实现过充保护。同时通过过放保护电路进行过放保护。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的环形非隔离电源模块的电源电路的部分电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一实施例的环形非隔离电源模块，包括：多个电池单元形成的环形电池组、及与电池组连接的电源电路。电池组从电源电路的B+/B-端接入。

本实施例中，不同电池单元或不同数量电池单元连接形成分组电池组。如两个电池单元或两节电池串联形成一个分组电池组；依次三个电池单元或三节电池串联形成一个分组电池组等。

本实施例的电池组的负极接地。电源电路包括：与电池组连接并提供器件驱动电源的器件供电电路、接入到器件驱动电源的主控单元、与电池单元或分组电池组或电池组连接并检测电池单元或分组电池组或电池组电压且将检测信号传输给主控单元进行比较判断的电压检测电路、与主控单元连接的过充保护电路、与主控单元连接的过放保护电路、与过放保护电路连接的负载电路。

本实施例的电压检测电路包括：一个或多个电压检测单元。电压检测单元包括：与电池单元或分组电池组或电池组的正极连接的限流电阻、与限流电阻连接的采样电阻、及并联在采样电阻两端的滤波电容，电压检测单元的采样电阻接地。

本实施例的过充保护电路包括：连接外部电源或充电器连接端并接入主控单元且于工作状态时导通的开关管Q4、与主控单元连接并受控过充状态关断而工作状态导通的开关管Q7、与开关管Q7连接并因开关管Q7关断引起关断且工作状态导通的开关管Q5。开关管Q5的1脚与开关管Q7连接、其2脚连接外部电源或充电器连接端、3脚接入电池组。

进一步，本实施例中，CH+/CH-为外接电源或外接充电器的连接端。电池组的负极B-接入外部电源或充电器负极连接端CH-，并接地。

进一步，本实施例中器件供电电路所提供的器件驱动电源为本实施例的芯片或电子器件所需5V电源。当然也可根据具体的电路需要提供相应的驱动电源或供电电源。

本实施例的工作状态主要指正常工作状态，非过充、过压、欠压、过温、过流等非正常态工作状态。

本实施例的主控单元为芯片U1，优选的，本实施例的主控单元U1采用型号为KF8V204的芯片，但不限于该芯片，只要能实施本实施例的功能电路即可。

本实施例的主控单元U1针对KF8V204型号芯片进行说明，仅为说明清楚，不为限定之用。

主控单元U1的1脚为电源端VDD，接入器件驱动电源端+5V，并通过电容C11接地；20脚为公共接地端，接地；2脚为具有带上拉和电平变化中断功能的双向输入输出端口P0.5；3脚可为具有带上拉和电平变化中断功能的双向输入输出端口P0.4，也可为ADC输入通道AN3；4脚可作为编程电压输入端MODE，也可作为外部复位信号输入端RST，也可作为具有带电平变化中断功能的输入端口P0.3；5脚为双向输入输出端口P1.5；6脚为双向输入输出端口P1.4；7脚可作为外部中断输入引脚INT2，也可作为ADC输入通道AN7，也可作为双向输入输出端口P1.3；8脚为双向输入输出端口P1.6；9脚为双向输入输出端口P1.7；10脚可为双向输入输出端口P2.7，也可作为ADC输入通道AN11；11脚可为双向输入输出端口P2.6，也可为ADC输入通道AN10；12脚可为双向输入输出端口P2.5，也可为ADC输入通道AN9；13脚可为双向输入输出端口P2.4，也可为ADC输入通道AN8；14脚可为双向输入输出端口P1.2，也可为ADC输入通道AN6，也可作为外部中断输入引脚INT1；15脚可为双向输入输出端口P1.1，也可为ADC输入通道AN5；16脚可为双向输入输出端口P1.0，也可为ADC输入通道AN4；17脚可为具有带上拉和电平变化中断功能的双向输入输出端口P0.2，也可为ADC输入通道AN2，也可作为T0时钟输入，也可作为外部中断输入引脚INT0；18脚可为具有带上拉和电平变化中断功能的双向输入输出端口P0.1，也可为编程时钟输入SPCLK，也可作为ADC输入通道AN1，也可作为AD外部参考电压输入ADVRIN，也可作为PWM输出PWM2；19脚可为具有带上拉和电平变化中断功能的双向输入输出端口P0.0，也可为编程数据输入SPDAT，也可作为ADC输入通道AN0，也可作为PWM输出PWM1。

进一步，本实施例的开关管Q5通过单向导通开关管D5接入电池组的正极B+。开关管Q5为MOS管Q5，MOS管Q5的2脚为MOS管Q5的源极、其接入外部电源或充电器连接端，MOS管Q5的1脚为MOS管Q5的栅极，MOS管Q5的3脚为MOS管Q5的漏极。优选的，本实施例的开关管Q5为P沟道MOS管Q5。MOS管Q5的源极连接外部电源或充电器连接端CH+。MOS管Q5的源极与栅极之间连接偏置电阻R28。偏置电阻R28为MOS管Q5提供偏置电压，同时起到泻放电阻的作用，保护栅极G-源极S。

进一步，本实施例的开关管Q7为三极管Q7。优选的，三极管Q7为NPN型三极管。MOS管Q5的源极接入外部电源或充电器连接端的正极端CH+、其栅极通过电阻R29接入三极管Q7的集电极。三极管Q7的发射极接地、其基极接入主控单元U1。

进一步，本实施例的单向导通开关管D5为二极管D5。二极管D5正极接入MOS管Q5的漏极、其负极通过熔断器F1接入电池组的正极B+。三极管Q7的基极通过电阻R25接入主控单元U1的4脚，即双向输入输出端口P1.5。

进一步，本实施例的开关管Q4为三极管Q4，三极管Q4优选为NPN三极管。三极管Q4的基极接入外部电源或充电器连接端的正极端CH+、其发射极接地、其集电极接入主控单元U1。优选的，本实施例的三极管Q4的集电极接入主控单元U1的4脚，即电平变化中断的输入端口。

进一步，本实施例的三极管Q4基极通过电阻R26连接外部电源或充电器连接端的正极端CH+，基极引出一条支路通过下拉电阻R27接地。下拉电阻R27两端并联有电容C15。器件驱动电源+5V通过电阻R13接入三极管Q4的集电极，三极管Q4集电极接入主控单元U1、另一条支路通过电容C13接地。三极管Q4的集电极接入主控单元U1的4脚，即电平变化中断的输入端口。外部电源或充电器正极连接端CH+通过电阻R99连接三极管Q4的发射极并接地。

本实施例的单向导通开关管D5为二极管D5。MOS管Q5的漏极通过二极管D5接入电池组的正极B+。二极管D5正极接入MOS管Q5的漏极、其负极接入电池组的正极B+。

正常充电工作时，本实施例的MOS管Q5导通，三极管Q7、Q4导通。当电池充满电后，电压达到预设过充保护值如25.5V左右时，主控单元U1的5脚检测到高电平信号，判断电池单元或电池组处于电压过充状态，主控单元U1输出控制信号关断三极管Q7，当三极管Q7关断时，MOS管Q5的1脚与2脚电压电位相同，即MOS管Q5的栅极与源极电位相同，MOS管Q5关断，电池充电电路正负回路关断，充电停止，达成过充保护。

进一步，本实施例的过放保护电路包括：接入负载电路并连接所述主控单元受主控单元控制于工作状态导通而过放状态关断的开关管QM1。负载电路一端与电池组的正极B+连接、另一端与开关管QM1连接。负载电路两端接负载正负极。开关管QM1一端接入主控单元U1，另一端接入电池组的负极B-。开关管QM1接入主控单元U1的控制端。该控制端为PWM控制端，采用PWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation)控制，通过调节脉宽调节输入电压或功率。

进一步，本实施例的开关管QM1为N沟道MOS管QM1。MOS管QM1的栅极与源极之间接入电阻R36、其源极与漏极之间接入电容C18。MOS管QM1的栅极通过电阻R35接入主控单元的19脚，即PWM控制端PWM1。

本实施例的MOS管QM1自带有寄生二极管，防止VDD过压的情况下，烧坏MOS管。过压时，二极管先反向击穿，将大电流直接到地，从而避免MOS管被烧坏。同时防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管，也可以在电路有反向感生电压时，为反向感生电压提供通路，避免反向感生电压击穿MOS管。

进一步，本实施例的MOS管QM1的源极通过限流电阻RS1接入电池组的负极B-。电池组的负极B-连接外部电源或充电器连接端的负极CH-，并接地。优选的，本实施例的开关管QM1为N沟道MOS管。

正常放电状态时，如给负载供电时，MOS管QM1导通，当检测到电池电压放电到低至预设过放电压时如16V左右时，MOS管QM1的1脚即栅极输出低电位，主控单元U1控制MOS管QM1关断，负载回路关断，工作停止，达成放电保护。

进一步，本实施例的环形非隔离电源模块还包括：与主控单元U1及电池组连接的短路保护电路。本实施例的短路保护电路包括：与主控单元U1连接并比较输入电压以反馈给主控单元U1控制开关管QM1导通或关断进行短路保护的比较器U3、接入比较器U3的反相输入端并连接开关管QM1的采样电阻R39、与采样电阻R39连接的滤波电容C19。采样电阻R39一端接入比较器U3的反相输入端，另一端接入MOS管QM1的源极。滤波电容C19一端接入比较器U3的反相输入端，另一端接地。

比较器U3的输出端接入主控单元U1。本实施例，优选的，比较器U3的输出端接入主控单元U1的7脚，比较器U3将检测到的电参数如电压与基准值比较，判断是否过压或过流，将检测判断信号传输给主控单元U1进行控制。

比较器U3的电源端接入器件供电电路提供的器件驱动电源端+5V，比较器U3的电源端的支路通过电阻R40、R41接地，比较器U3的正相输入端接入电阻R40、R41之间，其公共接地端接地。本实施例的比较器U3优选的，可以选用型号为LM321的放大器，但不限于此型号，只要实现比较放大功能即可。

当负载短路时，MOS管QM1的2脚即源极瞬间产生大电流，通过采样电阻R39进行电流采样，比较器U3的3脚即反相输入端检测到高电位，主控单U1控制关断MOS管QM1，回路关断达成短路保护。

进一步，本实施例的环形非隔离电源模块还包括：与主控单元U1连接并检测回路电流的过流保护电路。本实施例的过流保护电路包括：接入主控单元U1的采样电阻R45、与采样电阻R45连接的滤波电容C21。滤波电容C21一端接入主控单元U1的18脚，一端接地。采样电阻R45接入主控单元的18脚进行过流检测，采样电阻R45另一端接入开关管QM1的源极。

当回路电流过大时，通过采样电阻R45，主控单元U1的18脚检测到高电位，主控单元U1控制关断MOS管QM1，回路关断达到过流保护。

进一步，本实施例的环形非隔离电源模块还包括：与主控单元U1连接并检测电池组或电池单元温度以反馈给主控单元U1进行过温保护的高温保护电路。进一步，本实施例的高温保护电路包括：检测电池组或电池单元温度并与主控单元连接将检测信号反馈给主控单元进行控制的热敏电阻NTC、并联在热敏电阻NTC两端的滤波电容C12。热敏电阻NTC一端通过电阻R18接入器件驱动电源端+5V、该端分支出一条支路接入主控单元U1的3脚，热敏电阻NTC另一端接地。主控单元U1的3脚为带上拉和电平变化中断功能的双向输入输出端口P0.4，检测热敏电阻NTC阻值变化带来的电位变化。本实施例的热敏电阻NTC一端通过电阻R18接入器件驱动电源、该端分支通过电阻R19接入主控单元U1的3脚。

当电池在充电或放电时，当电池表面体温度达到预设的过温温度范围如55-70度时，热敏电阻NTC的阻值降低，主控单元U1的3脚检测到低电位，控制关断MOS管QM1，电池回路关断，停止充电或放电，达到高温保护功能。

进一步，本实施例的器件供电电路包括：与电池组连接的开关管Q2、与开关管Q2连接的单向开关管D1、与单向开关管D1连接的稳压器U2、与电池组连接的开关管Q1。稳压器U2的输出端输出器件驱动电源。外部电源或充电器连接端通过单向开关管D2接入开关管Q1。主控单元U1通过单向开关管D4接入开关管Q1。开关管Q2与单向开关管D1连接一端输出基准电压VCC。

进一步，本实施例的开关管Q2为PNP三极管Q2；开关管Q1为NPN三极管Q1；单向开关管D1为二极管D1；单向开关管D4为二极管D4；单向开关管D2为二极管D2。外部电源或充电器的正极连接端CH+、经过电阻R30、通过二极管D2单向导通、经电阻R11接入到三极管Q1的基极。主控单元输出提供给器件供电电路以输出器件驱动电源的相对低电压或负电压、经二极管D4单向导通、经电阻R11接入到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经电阻R8、R7接入三极管Q2的发射极，并接入电池组的正极B+；三极管Q2的基极经过电阻R7与R8之间继续延伸经电阻R48接入到充电指示装置，为充电指示装置提供电源。本实施例中，电阻R7与R8之间引出另一条支路经电阻R48可通过连接器J2的1脚接入到充电指示装置的电源端。

进一步，本实施例的三极管Q1的发射极接地，其基极与发射极之间设置有RC并联电路。三极管Q1连接的RC并联电路包括：并联连接的下拉电阻R6和滤波电容C7，通过接入三极管Q1的发射极接地。三极管Q2的集电极输出基准电压、同时经二极管D1单向导通经电阻R10接入到稳压器U2的输入端，稳压器U2输出端输出器件驱动电源+5V。稳压器U2的输入端引出一条支路经电容C8接地、其接地端接地、其输出端引出一条支路经并联连接的电容C9与C10接地。

进一步，本实施例的启动电路包括：接收启动动作、并将启动信号传输给主控单元U1，以通过检测或判断不同启动信号控制负载进行分级或分档工作的启动开关SW。如主控单元U1检测到启动开关SW按压一次，则控制进入一档工作状态，设定时间内检测到按压两次则控制进入二挡工作状态，依此类推，设定时间内检测到按压三次则控制进入三挡工作状态等。也可设定为按压一次，主控单元U1控制进入一档工作状态，连续按压两次则控制进入二挡工作状态，依此类推。当然也可设定为其他分档或分级启动方式。主控单元U1可采用PWM控制方式调节不同输出波宽以调节不同输出电压，调节不同输出功率。本实施例中，主控单元U1根据设定的不同启动或关停方式，控制19脚通过PWM控制方式输出不同功率，以进行分档或分级控制。可用于多个负载中，如多个电机中，根据不同档位控制电机输出不同功率，如调节吸尘器等不同功率使用。

本实施例中，器件驱动电源+5V通过电阻R14、经二极管D4接入启动开关的一端。二极管D4的正极与电阻R14连接、其负极接入到启动开关SW。本实施例的主控单元U1的6脚经二极管D4接入启动开关SW的一端，启动开关的另一端接地。启动开关SW与二极管D4之间引出一分支通过电阻R48接入到器件供电电路，同时接入到充电指示装置的电源端。主控单元U1的8、9、10脚分别通过限流电阻接入到充电指示装置，以分别指示不同的指示灯点亮指示。

本实施例的负载电路包括：并联连接的电容C16与二极管D6。二极管D6的负极经过熔断器F1接入电池组正极B+，其正极接入MOS管QM1的漏极。电池组正极B+接负载正极，电池组负极B-接负载负极。负载电路两端接负载，可根据需要接多个负载，通过主控单元U1控制进行运转。

本实施例的充电指示装置可根据需要设置不同指示方式，如不同灯指示，充电容量比例显示等。本实施例中，采用设置不同指示灯进行不同充电状态或充电容量比例进行显示或指示。如设置LED1、LED2、LED3指示到达的不同充电容量。LED1通过限流电阻R15接入主控单元U1的8脚，即双向输入输出端口P1.6，通过主控单元U1控制进行点亮显示。LED2通过限流电阻R16接入主控单元U1的9脚，即双向输入输出端口P1.7，通过主控单元U1控制进行点亮显示。LED3通过限流电阻R17接入主控单元U1的10脚，即双向输入输出端口P2.7，通过主控单元U1控制进行点亮显示。

进一步，本实施例的电压检测电路包括：多个电压检测单元。第N个电压检测单元包括：与N个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻、与限流电阻连接的采样电阻、及并联在采样电阻两端的滤波电容。采样电阻一端与限流电阻连接，同时接入主控单元U1，采样电阻的另一端接地。

本实施例的电源电路优选的适用于六串环形电池组中，当然不限于该电池组，对六串环形电池组隔离保护控制。本实施例的电池组优选地，为6节电池串联组成的六串环形电池组。

本实施例的环形非隔离电源模块还包括：装载电池组的装载框。装载框中设置有环形的装载腔。装载框中间设置有限位柱以配合限位电池组。装载框可采用塑胶材料注塑成型，当然也可根据需要采用其他材料进行成型。

为保证各个电池单元安全性，避免任意电池单元出现过压或欠压，则根据电池单元个数设置相应数量的电压检测单元。

本实施例采用六串环形电池组进行说明。其中一个电压检测单元包括：与电池单元的正极连接的限流电阻R1、与限流电阻R1连接的采样电阻R9、及并联在采样电阻R9两端的滤波电容C1。采样电阻R9一端与限流电阻R1连接，同时接入主控单元，采样电阻R9的另一端接地。该电压检测单元可检测第一个电池单元的电压，并与预设的正常电压或工作电压范围进行比较，进行过压或欠压检测，此时预设的正常电压或工作电压范围根据电池单元形成的电压进行设置。采样电阻R9接入主控单元U1的16脚，即双向输入输出端口P1.0。

第二个电压检测单元包括：与两个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R3、与限流电阻R3连接的采样电阻R2、及并联在采样电阻R2两端的滤波电容C2。采样电阻R2一端与限流电阻R3连接，同时接入主控单元，采样电阻R2的另一端接地。该电压检测单元可检测依次串联的两个串联电池单元形成分组电池组的电压，并与预设的正常电压或工作电压范围进行比较，进行过压或欠压检测，此时预设的正常电压或工作电压范围根据电池单元形成的电压进行设置。采样电阻R2接入主控单元U1的15脚，即双向输入输出端口P1.1。

第三个电压检测单元包括：与三个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R5、与限流电阻R5连接的采样电阻R4、及并联在采样电阻R4两端的滤波电容C3。采样电阻R4一端与所述限流电阻R5连接，同时接入主控单元U1，采样电阻R4另一端接地。该电压检测单元可检测依次串联的三个电池单元的电压，并与预设的正常电压或工作电压范围进行比较，进行过压或欠压检测，此时预设的正常电压或工作电压范围根据三个串联电池单元形成分组电池组的电压进行设置。采样电阻R2接入主控单元U1的14脚，即双向输入输出端口P1.2。

第四个电压检测单元包括：与四个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R12、与限流电阻R12连接的采样电阻R20、及并联在采样电阻R20两端的滤波电容C4。采样电阻R20一端与限流电阻R12连接，同时接入主控单元，采样电阻R20另一端接地。该电压检测单元可检测依次串联的四个电池单元的电压，并与预设的正常电压或工作电压范围进行比较，进行过压或欠压检测，此时预设的正常电压或工作电压范围根据四个串联电池单元形成分组电池组的电压进行设置。采样电阻R2接入主控单元U1的13脚，即双向输入输出端口P2.4。

第五个电压检测单元包括：与五个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R21、与限流电阻R21连接的采样电阻R22、及并联在采样电阻R22两端的滤波电容C5。采样电阻R22一端与限流电阻R21连接，同时接入主控单元U1中，其另一端接地。第五个电压检测单元检测依次串联的5个电池单元的电压，并与预设的正常电压或工作电压范围进行比较，进行过压或欠压检测，此时预设的正常电压或工作电压范围根据5个串联连接电池单元形成分组电池组的电压进行设置。采样电阻R22接入主控单元U1的12脚，即双向输入输出端口P2.5。

第六个电压检测单元包括：与六个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R23、与限流电阻R23连接的采样电阻R24、及并联在采样电阻R24两端的滤波电容C6。采样电阻R24一端与限流电阻R23连接并接入主控单元U1，采样电阻R24另一端接地。该电压检测单元可检测依次串联的六个电池单元的电压，并与预设的正常电压或工作电压范围进行比较，进行过压或欠压检测，此时预设的正常电压或工作电压范围根据六个串联电池单元形成分组电池组的电压进行设置。采样电阻R22接入主控单元U1的11脚，即双向输入输出端口P2.6。

电压检测单元检测不同电池单元或分组电池组的电压，并将检测到的电压与预设正常电压或工作电压范围进行比较，判断过压或欠压，通过主控单元U1控制进行过充或过放保护。

本实用新型的环形非隔离电源模块，通过电压检测单元检测电池单元组成的不同分组电池组的电压，进行过压或欠压检测判断，并通过主控单元U1根据检测到的电池电压对与外部电源或充电器连接的过充保护电路、或负载电路连接的过放保护电路进行控制，通过关断充电回路、或负载回路以对电池单元或电池组进行过充或过放保护，可进行单支过充电保护或单支过放电保护，也可对电池组进行整体过充电保护或过放电保护；通过过流保护电路检测回路中的电流，通过主控单元U1控制关断负载回路进行放电过流保护；通过高温保护电路检测电池单元或电池组的温度，判断是否超过设定的正常工作温度或充电温度，通过主控单元U1控制断开充电回路或负载回路进行过温保护。充电时，若检测到过压、或过流，判断过充、或过温、或过流，则主控单元U1关断充电回路，且充电时，机器(负载)无法工作。机器工作时，主控单元U1控制检测电池组总电压、电池单元过放电压、电池温度、负载电流，若判断过放、或过温、或过流，主控单元U1关断放电回路。如果出现电池单元过放保护或单支电池过放电保护，必须充电后机器才能再次工作。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种环形非隔离电源模块，其特征在于，包括：多个电池单元形成的环形电池组、及与所述电池组连接的电源电路，不同电池单元或不同数量电池单元连接形成分组电池组，所述电池组的负极接地，所述电源电路包括：与所述电池组连接并提供器件驱动电源的器件供电电路、接入器件驱动电源的主控单元、与所述电池单元或分组电池组或电池组连接并检测电池单元或分组电池组或电池组电压且将检测信号传输给所述主控单元进行比较判断的电压检测电路、与所述主控单元连接的过充保护电路、与所述主控单元连接的过放保护电路、与所述过放保护电路连接的负载电路，所述电压检测电路包括：一个或多个电压检测单元，所述电压检测单元包括：与电池单元或分组电池组或电池组的正极连接的限流电阻、与所述限流电阻连接的采样电阻、及并联在采样电阻两端的滤波电容，电压检测单元的采样电阻接地，所述过充保护电路包括：连接外部电源或充电器连接端并接入所述主控单元且于工作状态时导通的开关管Q4、与所述主控单元连接并受控过充状态关断而工作状态导通的开关管Q7、与所述开关管Q7连接并因开关管Q7关断引起关断且工作状态导通的开关管Q5，所述开关管Q5的1脚与所述开关管Q7连接、其2脚连接外部电源或充电器连接端、3脚接入所述电池组。

2.根据权利要求1所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述开关管Q5通过单向导通开关管D5单向导通接入所述电池组的正极，所述开关管Q5为MOS管Q5，所述MOS管Q5的2脚为MOS管Q5的源极、其接入外部电源或充电器连接端，所述MOS管Q5的1脚为MOS管Q5的栅极，所述MOS管Q5的3脚为MOS管Q5的漏极，所述MOS管Q5的源极与栅极之间连接偏置电阻R28，所述开关管Q7为三极管Q7，所述MOS管Q5栅极接入所述三极管Q7的集电极，所述三极管Q7的发射极接地、其基极接入所述主控单元并受主控单元控制，所述开关管Q4为三极管Q4，所述三极管Q4的基极接入外部电源或充电器连接端的正极端、其发射极接地、其集电极接入所述主控单元。

3.根据权利要求2所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述三极管Q7为NPN型三极管，所述单向导通开关管D5为二极管D5，所述MOS管Q5的漏极通过二极管D5接入电池组的正极，所述二极管D5正极接入所述MOS管Q5的漏极、其负极接入所述电池组的正极，所述三极管Q7的基极通过电阻R25接入所述主控单元，器件驱动电源通过电阻R13接入三极管Q4的集电极，所述三极管Q4为NPN三极管，所述三极管Q4基极通过下拉电阻R27接地、其基极另一条支路通过电阻R26连接外部电源或充电器连接端的正极端，电阻27两端并联有电容C15，所述MOS管Q5为P沟道MOS管，所述三极管Q4的集电极接入主控单元并引出另一条支路通过电容C13接地，外部电源或充电器正极连接端通过电阻R99连接三极管Q4的发射极并接地。

4.根据权利要求1所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述过放保护电路包括：接入负载电路并连接所述主控单元受主控单元控制于工作状态导通而过放状态关断的开关管QM1，所述负载电路一端与所述电池组的正极连接、另一端与开关管QM1另一端连接，所述开关管QM1的再一端接入所述电池组的负极，所述开关管QM1一端接入所述主控单元的控制端。

5.根据权利要求4所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述开关管QM1为MOS管QM1，所述开关管QM1为N沟道MOS管，所述MOS管QM1的栅极与源极之间接入偏置电阻R36、其源极与漏极之间接入电容C18，所述MOS管QM1的栅极通过电阻R35接入所述主控单元的以通过脉宽调节控制调节输出电压或功率的PWM控制端，所述MOS管QM1的源极通过限流电阻RS1接入所述电池组的负极，所述电池组负极接入外部电源或充电器负极连接端并接地。

6.根据权利要求4所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，还包括：与所述主控单元及所述电池组连接的短路保护电路、与所述主控单元连接并检测回路电流的过流保护电路、与所述主控单元连接并检测电池组或电池单元温度以反馈给主控单元控制进行过温保护的高温保护电路，所述短路保护电路包括：与所述主控单元连接并比较输入电压与基准电压以反馈给主控单元控制所述开关管QM1导通或关断以进行短路保护的比较器U3、接入所述比较器U3的反相输入端并连接开关管QM1的采样电阻R39、与采样电阻R39连接的滤波电容C19，所述比较器U3的输出端接入所述主控单元；所述高温保护电路包括：检测电池组或电池单元温度并与所述主控单元连接将检测信号反馈给所述主控单元的热敏电阻NTC、并联在所述热敏电阻NTC两端的滤波电容C12，所述热敏电阻NTC另一端接地。

7.根据权利要求6所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述比较器U3的电源端接入器件驱动电源，所述比较器U3的电源端延伸一条支路通过电阻R40、R41接地；所述比较器U3的正相输入端接入电阻R40、R41之间，其公共接地端接地；所述采样电阻R39接入开关管QM1的源极，所述过流保护电路包括：接入所述主控单元的采样电阻R45、与采样电阻R45连接的滤波电容C21，所述采样电阻R45接入主控单元的检测端，采样电阻R45另一端接入到所述开关管QM1的源极；所述热敏电阻NTC一端通过电阻R18接入器件驱动电源、该端延伸出一条支路通过电阻R19接入所述主控单元。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，还包括：与所述主控单元连接并与所述器件供电电路连接的启动电路，所述器件供电电路包括：与所述电池组连接的开关管Q2、与所述开关管Q2连接的单向开关管D1、与所述单向开关管连接的稳压器U2、所述电池组连接的开关管Q1，所述稳压器U2的输出端输出器件驱动电源，外部电源或充电器连接端通过单向开关管D2接入开关管Q1，所述主控单元通过单向开关管D4接入开关管Q1，所述开关管Q2与所述单向开关管D1连接一端输出基准电压，所述启动电路包括：接收启动动作并将启动信号传输给主控单元控制负载进行分级或分档工作的启动开关，所述启动开关一端接地，另一端接入所述主控单元、另一端引出一分支接入器件驱动电源中、引出另一分支接入所述器件供电电路。

9.根据权利要求8所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述开关管Q2为PNP三极管Q2，所述开关管Q1为NPN三极管Q1，所述单向开关管D1为二极管D1，所述单向开关管D4为二极管D4，所述单向开关管D2为二极管D2；外部电源或充电器的正极连接端经过电阻R30、通过二极管D2单向导通、经电阻R11接入到三极管Q1的基极、三极管Q1的集电极经电阻R8、R7接入所述三极管Q2的发射极，并接入所述电池组的正极，所述三极管Q2的集电极输出基准电压；所述主控单元输出提供器件驱动电源的相对低电压或负电压、经二极管D3单向导通、经电阻R11接入到三极管Q1的基极，所述三极管Q2的基极接入电阻R7与R8之间并分支经电阻R48接入到充电指示装置，所述三极管Q1的基极与发射极之间设置有RC并联电路，并通过发射极接地，所述三极管Q2的集电极输出基准电压、同时经二极管D1单向导通经电阻R10接入到稳压器U2的输入端，所述稳压器U2的输出端输出器件驱动电源，所述稳压器U2输入端分支支路经电容C8接地、稳压器U2的接地端接地、其输出端另经并联电容电路接地，所述主控单元经二极管D4接入启动开关的一端，启动开关的另一端接地，所述启动开关与所述二极管D4之间引出一分支通过电阻R48接入所述器件供电电路，所述主控单元通过限流电阻接入到充电指示装置。

10.根据权利要求1至7任意一项所述的环形非隔离电源模块，其特征在于，所述电压检测电路包括：多个电压检测单元，其中一个电压检测单元包括：与电池单元的正极连接的限流电阻R1、与所述限流电阻R1连接的采样电阻R9、及并联在采样电阻R9两端的滤波电容C1，采样电阻R9一端与所述限流电阻R1连接，同时接入主控单元、另一端接地；第二个电压检测单元包括：与两个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R3、与所述限流电阻R3连接的采样电阻R2、及并联在采样电阻R2两端的滤波电容C2，采样电阻R2一端与所述限流电阻R3连接、同时接入主控单元，采样电阻R2另一端接地；第三个电压检测单元包括：与三个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R5、与所述限流电阻R5连接的采样电阻R4、及并联在采样电阻R4两端的滤波电容C3，采样电阻R4一端与所述限流电阻R5连接、同时接入主控单元，采样电阻R4另一端接地；第四个电压检测单元包括：与四个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R12、与所述限流电阻R12连接的采样电阻R20、及并联在采样电阻R20两端的滤波电容C4，采样电阻R20一端与所述限流电阻R12连接、同时接入主控单元，采样电阻R20另一端接地；第五个电压检测单元包括：与五个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R21、与所述限流电阻R21连接的采样电阻R22、及并联在采样电阻R22两端的滤波电容C5，采样电阻R22一端与所述限流电阻R21连接、同时接入主控单元，采样电阻R22另一端接地；第六个电压检测单元包括：与六个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻R23、与所述限流电阻R23连接的采样电阻R24、及并联在采样电阻R24两端的滤波电容C6，采样电阻R24一端与所述限流电阻R23连接、同时接入主控单元，采样电阻R24另一端接地；第N个电压检测单元包括：与N个电池单元串联连接形成的分组电池组的正极连接的限流电阻、与所述限流电阻连接的采样电阻、及并联在采样电阻两端的滤波电容，采样电阻一端与所述限流电阻连接，同时接入主控单元，该采样电阻另一端接地。