CN210007436U - 防止反向电压的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止反向电压的电路。该电路包括：MOSFET，MOSFET的漏极与电池组的负极连接，MOSFET的栅极与单向导通模块的一端和第一限流模块的一端连接，MOSFET的源极与负载连接；单向导通模块，单向导通模块的另一端与电池组的正极连接，单向导通模块的电流方向为单向导通模块的一端流向单向导通模块的另一端；第一限流模块，第一限流模块的另一端与电池组的正极和负载连接。根据本实用新型提供的实施例，能够快速阻止电池组内部或电池组所在回路产生的反向电压。

Description

防止反向电压的电路

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，尤其涉及一种防止反向电压的电路。

背景技术

电动汽车替代燃油汽车已成为汽车业发展的趋势。电池包的续航里程、使用寿命及使用安全等对电动汽车的使用都显得尤为重要。电动汽车供电常用方案是用两个电池进行供电，一个电池为高压电池组，该高压电池组用于给电机等大功率设备供电，另一个电池为低压电池组，该低压电池组用于给控制器供电，如整车控制器、电池管理系统等。在实际使用中，需要防止负载被电池组内部或电池组所在回路产生的反向电压所损坏。

如图1所示，目前可以通过在电池组负极输出端串联一个金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)防止负载被电池组内部或电池组所在回路产生的反向电压所损坏。其中，与MOSFET串联的限流模块起限流作用。但是由于MOSFET内部存在寄生电容参数，导致电池组突然施加的反向电压无法被快速阻止。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种防止反向电压的电路，能够快速阻止电池组内部或电池组所在回路产生的反向电压。

根据本实用新型的一方面，提供一种防止反向电压的电路，该电路包括：

MOSFET，MOSFET的漏极与电池组的负极连接，MOSFET的栅极与单向导通模块的一端和第一限流模块的一端连接，MOSFET的源极与负载连接；

单向导通模块，单向导通模块的另一端与电池组的正极连接，单向导通模块的电流方向为单向导通模块的一端流向单向导通模块的另一端；

第一限流模块，第一限流模块的另一端与电池组的正极和负载连接。

在一个实施例中，单向导通模块包括第一二极管，第一二极管的阴极与电池组的正极连接，第一二极管的阳极与MOSFET的栅极连接。

在一个实施例中，防止反向电压的电路还包括：

开关模块，开关模块的第一端与驱动电源连接，开关模块的第二端与MOSFET的栅极连接，开关模块的第三端与电池组的正极连接；

驱动电源，用于向开关模块提供驱动电压，以驱动开关模块处于闭合状态；

下拉模块，设置于开关模块的第一端与电池组的负极之间。

在一个实施例中，开关模块包括三极管，开关模块的第一端为三极管的基极，开关模块的第二端为三极管的发射极，开关模块的第三端为三极管的集电极。

在一个实施例中，下拉模块包括第一电阻网络，第一电阻网络的一端与开关模块的第一端连接，第一电阻网络的另一端与电池组的负极连接。

在一个实施例中，防止反向电压的电路还包括：

第二限流模块，设置于驱动电源和开关模块的第一端之间。

在一个实施例中，第二限流模块包括第二电阻网络，第二电阻网络的一端与驱动电源连接，第二电阻网络的另一端与开关模块的第一端连接。

在一个实施例中，驱动电源为电池组，开关模块的第一端与电池组的正极连接。

在一个实施例中，驱动电源为由电池组供电的电源芯片，电源芯片的一端与电池组的正极连接，电源芯片的另一端与开关模块的第一端连接。

在一个实施例中，防止反向电压的电路还包括：

过压保护模块，设置于MOSFET的栅极和MOSFET的源极之间，用于为MOSFET提供过压保护。

在一个实施例中，过压保护模块包括：

第二二极管，第二二极管的阳极与MOSFET的源极连接，第二二极管的阴极与MOSFET的栅极连接。

在一个实施例中，防止反向电压的电路还包括：

第一电容，设置于电池组的正极和电池组的负极之间；

和/或，

第二电容，设置于MOSFET的源极和电池组的正极之间。

根据本实用新型实施例中的防止反向电压的电路，若电池组内部或电池组所在回路产生反向电压，通过单向导通模块在MOSFET的寄生电容两端形成反压，可加速MOSFET的寄生电容放电，以缩短了MOSFET的断开时间，从而实现快速阻止电池组内部或电池组所在回路产生的反向电压，以防止反向电压对负载的损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为防止反向电压的电路的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图3为图2中的防止反向电压的电路的等效电路图；

图4为本实用新型第二实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图5为本实用新型第三实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图6为本实用新型第四实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图7为本实用新型第五实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图8为本实用新型第六实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图9为本实用新型第七实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图10为本实用新型第八实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图；

图11为本实用新型第九实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”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。

图2示出本实用新型第一实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。如图2所示，本实用新型实施例提供的防止反向电压的电路包括：

MOSFET Q1，MOSFET Q1的漏极与电池组P1的负极连接，MOSFET Q1的栅极与单向导通模块G的一端和第一限流模块L1的一端连接，MOSFET Q1的源极与负载连接。

单向导通模块G，单向导通模块G的另一端与电池组P1的正极连接，单向导通模块G的电流方向为单向导通模块G的一端流向单向导通模块G的另一端。

第一限流模块L1，第一限流模块L1的另一端与电池组P1的正极和负载连接。

其中，MOSFET Q1为N沟道MOSFET。

图3示出图2中的防止反向电压电路的等效电路示意图。下面结合图3详细解释本实用新型提供的防止反向电压的电路能够快速阻止电池组P1内部或电池组P1所在回路产生的反向电压的原理。

如图3所示，MOSFET Q1可以等效为图3中的导通电阻RDS和寄生电容C1。

如图3所示，电阻RDS的一端与电池组P1的负极连接，电阻RDS的另一端与负载和寄生电容C1的一端连接。寄生电容C1的另一端与单向导通模块G的一端和第一限流模块L1的一端连接。单向导通模块G的另一端与电池组P1的正极和第一限流模块L1的另一端连接。第一限流模块L1的另一端和负载连接。

在本实用新型的实施例中，当电池组P1的电压施加至MOSFET Q1时，电池组P1开始对寄生电容C1充电。寄生电容C1需要达到一定的电荷，MOSFET Q1才会导通。同理，当电池组P1内部或电池组P1所在回路产生反向电压时，需要寄生电容C1放完所有电荷，MOSFET Q1才会断开。

由于寄生电容C1的充电电流过大会损坏MOSFET Q1，所以设置了第一限流模块L1。但是若电池组P1内部或电池组P1所在回路产生反向电压，第一限流模块L1会限制MOSFETQ1的断开速度。

若图3中不包括单向导通模块G，则当电池组P1内部或电池组P1所在回路产生反向电压时，电池组P1、导通电阻RDS、寄生电容C1和第一限流模块L1形成寄生电容C1的放电回路，则MOSFET Q1的断开时间t可以由下面的表达式进行确定：

t＝C1(RDS+R₀) (1)

其中，C1为MOSFET Q1的寄生电容的容值，R₀为第一限流模块L1的电阻值。由此可知，第一限流模块L1的电阻值会限制MOSFET Q1的断开速度。

参见图3，由于单向导通模块G的存在，且单向导通模块G的电流方向为由单向导通模块G的一端流向单向导通模块G的另一端，因此当电池组P1内部或电池组P1所在回路产生反向电压时，电池组P1、导通电阻RDS、寄生电容C1和单向导通模块G形成寄生电容C1的放电回路，则MOSFET Q1的断开时间t可以由下面的表达式进行确定：

t＝C1×RDS (2)

由于单向导通模块G的存在，电池组P1内部或电池组P1所在回路产生的反向电压会通过单向导通模块G在寄生电容C1两端形成反压，避免了第一限流模块L1对MOSFET Q1断开时间的影响，从而加速寄生电容C1放电。

通常情况下，第一限流模块L1的电阻值远大于MOSFET Q1导通电阻的阻值RDS。由表达式(1)和表达式(2)可知，通过利用单向导通模块G，大大减小了MOSFET Q1的断开时间，从而加快MOSFET Q1的断开速度，以实现快速阻止电池组P1内部或电池组P1所在回路产生的反向电压，有效保护负载不受反向电压的损坏。

图4示出本实用新型第二实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。图4示出单向导通模块G和第一限流模块L1的具体结构。

如图4所示，单向导通模块G包括二极管D1，二极管D1的阳极与MOSFET Q1的栅极连接，二极管D1的阴极与电池组的正极连接。若电池组P1内部或电池组P1所在回路产生反向电压，电池组P1、导通电阻RDS、寄生电容C1和二极管D1形成寄生电容C1的放电回路。电池组P1内部或电池组P1所在回路产生的反向电压会通过二极管D1在寄生电容C1两端形成反压，加速寄生电容C1放电，进而加快了MOSFET Q1的断开速度，实现快速阻止反向电压。

继续参见图4，第一限流模块L1包括电阻网络N1。电阻网络N1的一端与MOSFET Q1的栅极连接，电阻网络N1的另一端与电池组P1的正极和负载连接。

作为一个具体示例，电阻网络N1包括电阻R1，电阻R1的一端与MOSFET Q1的栅极连接，电阻R1的另一端与电池组P1的正极和负载连接。

图5示出本实用新型第三实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。图5中的防止反向电压的电路与图4中的防止反向电压的电路的不同之处在于，图5中的防止反向电压的电路还包括开关模块K、驱动电源P2和下拉模块M。

其中，开关模块K的第一端与驱动电源P2连接，开关模块K的第二端与MOSFET Q1的栅极连接，开关模块K的第三端与电池组P1的正极连接。驱动电源P2用于向开关模块K提供驱动电压，以驱动开关模块K处于闭合状态。下拉模块M，设置于开关模块K的第一端与电池组P1的负极之间。

当电池组P1对MOSFET Q1供电之后，电池组P1对MOSFET Q1的寄生电容C1进行充电。当寄生电容C1开始充电后，驱动电源P2驱动开关模块K处于闭合状态。由于开关模块K处于闭合状态，会加大寄生电容C1的充电电流，从而加快对寄生电容C1的充电速度，进而降低MOSFET Q1的导通时间。也就是说，开关模块K的闭合可以加快MOSFET Q1的导通速度。

在本实用新型的实施例中，设置下拉模块M是为了防止开关模块K受噪声信号的影响，并且当开关模块K的第一端的输入信号不确定时，可以实现有效接地。

图6示出本实用新型第四实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。图6中的防止反向电压的电路与图5中的防止反向电压的电路的不同之处在于，图5中的防止反向电压的电路示出开关模块K和下拉模块M的结构示意图。

参见图6，开关模块K包括三极管Q2。开关模块K的第一端为三极管Q2的基极，开关模块K的第二端为三极管Q2的发射极，开关模块K的第三端为三极管Q2的集电极。也就是说，三极管Q2的基极与驱动电源P2连接，三极管Q2的发射极与MOSFET Q1的栅极连接，三极管Q2的集电极与电池组P1的负极连接。

当电池组P1对MOSFET Q1供电之后，电池组P1对MOSFET Q1的寄生电容C1进行充电。当寄生电容C1开始充电后，驱动电源P2驱动三极管Q2导通。由于三极管Q2导通，可以加大寄生电容C1的充电电流，从而加快对寄生电容C1的充电速度，进而加快MOSFET Q1的导通速度。

继续参见图6，下拉模块M包括电阻网络N2，电阻网络N2的一端与三极管Q2的基极连接，电阻网络N2的另一端与电池组P1的负极连接。作为一个具体示例，电阻网络N2包括下拉电阻R2，下拉电阻R2的一端与三极管Q2的基极连接，下拉电阻R2的另一端与电池组P1的负极连接。

在本实用新型的实施例中，通过设置下拉电阻R2能够防止三极管Q2受噪声信号的影响而产生误动作，使三极管的截止更可靠。

在本实用新型的一些实施例中，为了防止三极管Q2的输入电流过大，导致损坏三极管Q2，本实用新型提供的防止反向电压的电路还包括设置于驱动电源P2和开关模块K的第一端之间的第二限流模块。

图7示出本实用新型第五实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。图7中的防止反向电压的电路与图6中的防止反向电压的电路的不同之处在于，图7中的防止反向电压的电路示出了第二限流模块的具体结构。

如图7所示，第二限流模块包括电阻网络N3，电阻网络N3的一端与驱动电源P2连接，电阻网络N3的另一端与三极管Q2的基极连接。继续参见图7，电阻网络N3包括电阻R3，电阻R3的一端与驱动电源P2连接，电阻R3的另一端与三极管Q2的基极连接。

图8示出本实用新型第六实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。图8中的防止反向电压的电路与图7中的防止反向电压的电路的不同之处在于，图8示出驱动电源P2的一种示例性结构。

参见图8，驱动电源P2即为电池组P1。其中，三极管Q2的基极与电池组P1的正极连接。

通过利用电池组P1作为三极管Q2的驱动电源P2，简化了电路的结构，降低了成本。

图9示出本实用新型第七实施例提供的防止反向电压的电路的结构示意图。图9中的防止反向电压的电路与图6中的防止反向电压的电路的不同之处在于，图9示出驱动电源P2的另一种示例性结构。

参见图9，驱动电源P2为由电池组P1供电的电源芯片。其中，电源芯片的一端与电池组P1的正极连接，电源芯片的另一端与三极管Q2的基极连接。

通过利用由电池组P1供电的电源芯片作为三极管Q2的驱动电源P2，便于灵活设置三极管Q2的驱动电压，适用范围更广。

在本实用新型的一些实施例中，图9中的电源芯片也可以不由电池组P1供电，可以具有独立的供电电源。

图10示出本实用新型第八实施例提供的防止反向电压的电路。图10中的防止反向电压的电路与图8的防止反向电压的电路的不同之处在于，图10的防止反向电压的电路包括设置于MOSFET Q1的源极和MOSFET Q1的栅极之间的过压保护模块E。过压保护模块E用于为MOSFET Q1提供过压保护，防止MOSFET Q1因其自身栅极和源极之间的电压过高而损坏。

作为一个示例，继续参见图10，过压保护模块E包括二极管D2，二极管D2的阴极与MOSFET Q1的栅极连接，二极管D2的阳极与MOSFET Q1的源极连接。二极管D2可以为钳位二极管。

图11示出本实用新型第九实施例提供的防止反向电压的电路。图11中的防止反向电压的电路与图10的防止反向电压的电路的不同之处在于，图11中的防止反向电压的电路还包括设置于电池组P1的正极和电池组P1的负极之间的电容C2，以及设置于MOSFET Q1的源极和电池组P1的正极之间的电容C3。

在一些示例中，防止反向电压的电路可以只包括电容C2和电容C3中的一个，以滤除瞬态过高电压保护MOSFET Q1。

在本实用新型的实施例中，通过设置电容C2和电容C3可以滤除瞬态过高电压，从而进一步更好地保护MOSFET Q1。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种防止反向电压的电路，其特征在于，所述电路包括：

金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述MOSFET的漏极与电池组的负极连接，所述MOSFET的栅极与单向导通模块的一端和第一限流模块的一端连接，所述MOSFET的源极与负载连接；

所述单向导通模块，所述单向导通模块的另一端与所述电池组的正极连接，所述单向导通模块的电流方向为所述单向导通模块的一端流向所述单向导通模块的另一端；

所述第一限流模块，所述第一限流模块的另一端与所述电池组的正极和所述负载连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述单向导通模块包括第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述电池组的正极连接，所述第一二极管的阳极与所述MOSFET的栅极连接。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

开关模块，所述开关模块的第一端与驱动电源连接，所述开关模块的第二端与所述MOSFET的栅极连接，所述开关模块的第三端与所述电池组的正极连接；

所述驱动电源，用于向所述开关模块提供驱动电压，以驱动所述开关模块处于闭合状态；

下拉模块，设置于所述开关模块的第一端与所述电池组的负极之间。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述开关模块包括三极管，所述开关模块的第一端为所述三极管的基极，所述开关模块的第二端为所述三极管的发射极，所述开关模块的第三端为所述三极管的集电极。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述下拉模块包括第一电阻网络，所述第一电阻网络的一端与所述开关模块的第一端连接，所述第一电阻网络的另一端与所述电池组的负极连接。

6.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二限流模块，设置于所述驱动电源和所述开关模块的第一端之间。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述第二限流模块包括第二电阻网络，所述第二电阻网络的一端与所述驱动电源连接，所述第二电阻网络的另一端与所述开关模块的第一端连接。

8.根据权利要求6或7所述的电路，其特征在于，所述驱动电源为所述电池组，所述开关模块的第一端与所述电池组的正极连接。

9.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述驱动电源为由所述电池组供电的电源芯片，所述电源芯片的一端与所述电池组的正极连接，所述电源芯片的另一端与所述开关模块的第一端连接。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

过压保护模块，设置于所述MOSFET的栅极和所述MOSFET的源极之间，用于为所述MOSFET提供过压保护。

11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述过压保护模块包括：

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述MOSFET的源极连接，所述第二二极管的阴极与所述MOSFET的栅极连接。

12.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第一电容，设置于所述电池组的正极和所述电池组的负极之间；

和/或，

第二电容，设置于所述MOSFET的源极和所述电池组的正极之间。

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