CN210629139U - 一种防反接电路以及充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防反接电路，利用所述晶体管作为防反接的元器件。当所述低压电源正负极反接时，所述低压电源会与所述续流二极管形成回路，造成很大的短路电流。由于所述晶体管的控制端与所述低压电源连接，当所述低压电源正负极反接时，所述晶体管的控制端会被置零，从而导致所述晶体管关断，以此可实现保护续流二极管以防止所述续流二极管被击穿。并且，可将本来会流向所述续流二极管的电流引向所述开关电源电路，一般开关电源电路中会存在一些大功率器件，因此可以起到保护电路的作用。本实用新型提出的防反接电路适用于低压电池的情况，且系统可靠性高。另外，所述晶体管可只需选用额定电流为10A的小功率MOS管，防反接电路的硬件成本更低。

Description

一种防反接电路以及充电装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其是涉及一种防反接电路以及充电装置。

背景技术

目前，汽车通常需要一套低压电池供电系统为整车低压电子设备供电。传统燃油车一般用发电机对低压电池进行充电，而电动汽车则需要一个功率变换器为低压电池进行充电。如部分混合动力或纯电动汽车，是通过车用DC/DC功率变换器由内部高压电池包对低压电池进行充电，同时给低压负载供电。车用DC/DC功率变换器的输出端是低压蓄电池。通常情况下，为保证功率的可靠输出，车用DC/DC功率变换器的输出端口处需进行输出侧电流采样。现有技术中最常用的方法是采样电阻法，如图1所示，采样电阻法是在被测电路中串联采样电阻，然后将采样电阻两端的差分电压通过运放芯片进行放大，从而实现I/V转换，最后由MCU进行采样。由于采样电路含运放芯片，因此存在高边共模运放输入端口过电压应力的问题。为解决此问题，需在正负极之间并联普通二极管提供反向续流回路，以规避车况中出现的负压超过运放端口电压应力。图1为车用DC/DC功率变换器及低压电池正常安装下的电流走向图，图2为低压电池接反瞬态触碰下的电流走向图，若DC/DC功率变换器正负极与低压电池正负极反接，低压电池电流通过二极管D0形成回路，造成短路电流。由于二极管选用普通二极管，未等外部保险丝动作即可瞬间造成二极管损坏，从而导致产品失效。

如图3所示，专利CN201511011573公开了可在产品输出正极串联进带体二极管的MOS管用以保护开关电源内部电路，但因其成本较高，会给产品带来很高的成本压力。该方案在电池电压较低时，防反接MOS管会产生较大的功率损耗，若出现功率变换器输出端电压突然跌落的情况，MOS管的瞬态损耗也会很大，较大的导通损耗造成效率的降低，系统可靠性低；且对功率管的选型也提高了要求，相应成本也得以增加。

因此，需要提出一种适合低压电池且系统可靠性高的防反接电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种防反接电路以及充电装置，用于解决现有技术中若出现功率变换器输出端电压突然跌落的情况，MOS管的瞬态损耗也会很大，较大的导通损耗造成效率的降低，系统可靠性低等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的第一方面提出一种防反接电路，包括开关电源电路、低压电源、续流二极管以及晶体管；

所述开关电源电路的输出端连接所述低压电源，并用于给所述低压电源充电，

所述晶体管与所述续流二极管串联连接形成一串联电路，所述串联电路与所述开关电源电路并联连接，所述串联电路还与所述低压电源并联连接，所述晶体管的控制端连接所述低压电源；

所述晶体管用于在所述低压电源的正负极反接时防止所述续流二极管被击穿损坏。

可选的，所述开关电源电路包括高压电源、变压器、整流电路、储能电感以及滤波电容；

所述高压电源连接所述变压器的原边，所述整流电路的输入端连接所述变压器的副边，所述整流电路的输出端串联连接所述储能电感，所述储能电感的输出端并联连接所述滤波电容，所述储能电感的输出端作为所述开关电源电路的输出端。

可选的，所述整流电路包括4个功率器件，所述功率器件构成一全桥电路。

可选的，所述功率器件包括MOS管或IGBT。

可选的，所述变压器包括降压变压器。

可选的，所述晶体管包括额定电流为10A的MOS管。

本实用新型的第二方面提出一种充电装置，包括上述技术特征中任一项所述的防反接电路。

可选的，还包括一采样电路，所述采样电路连接在所述开关电源电路的输出端，并用于检测所述开关电源电路输出给所述低压电源的电流大小。

可选的，所述采样电路包括采样电阻、运算放大器以及处理器件；

所述采样电阻串联连接在所述开关电源电路的输出端以及所述低压电源间，所述运算放大器的两个输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述运算放大器的输出端连接所述处理器件；

所述运算放大器用于采集所述采样电阻两端的电压差，并将所述电压差发送给所述处理器件，所述处理器件用于根据所述电压差以及所述采样电阻的阻值计算出流过所述采样电阻的电流。

可选的，所述处理器件包括MCU或MPU或DSP或FPGA。

本实用新型提出一种防反接电路，与现有技术的区别在于，利用所述晶体管作为防反接的元器件。当所述低压电源正负极反接时，所述低压电源会与所述续流二极管形成回路，造成很大的短路电流。由于所述晶体管的控制端与所述低压电源连接，当所述低压电源正负极反接时，所述晶体管的控制端会被置零，从而导致所述晶体管关断，以此可实现保护续流二极管以防止所述续流二极管被击穿。并且，可将本来会流向所述续流二极管的电流引向所述开关电源电路，一般开关电源电路中会存在一些大功率器件，因此可以起到保护电路的作用。本实用新型提出的防反接电路适用于低压电池的情况，且系统可靠性高。

另外，所述晶体管可只需选用额定电流为10A的小功率MOS管，防反接电路的硬件成本更低。

本实用新型还提出一种充电装置，利用所述防反接电路。

附图说明

图1为现有技术中电池正常安装时电路示意图；

图2为现有技术中电池反接时电路示意图；

图3为现有技术中提出的一种防反接防倒灌保护电路示意图；

图4为本实用新型一实施例提出的一种防反接电路示意图；

图5为图4中低压电源反接时电路示意图；

图6为本实用新型另一实施例提供的一种防反接电路示意图；

图7为图6中低压电源反接时电路示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种充电装置的示意图；

图9为图8中低压电源反接时电路示意图；

10-开关电源电路，101-高压电源，102-变压器，103-整流电路，104-储能电感，105-滤波电容，20-低压电源，30-续流二极管，40-晶体管，50-采样电路。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者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。

此外，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

如图4和图5所示，本实用新型提出一种防反接电路，包括开关电源电路10、低压电源20、续流二极管30以及晶体管40。所述开关电源电路10的输出端连接所述低压电源20，并用于给所述低压电源20充电。所述晶体管40与所述续流二极管30串联连接形成一串联电路，所述串联电路与所述开关电源电路10并联连接，所述串联电路还与所述低压电源20并联连接，所述晶体管40的控制端连接所述低压电源20。所述晶体管40用于在所述低压电源20的正负极反接时防止所述续流二极管30被击穿损坏。其中，图4为所述低压电源20正负极没有反接时电路示意图，图5为所述低压电源20正负极反接时电路示意图，图4和图5中箭头表示电流流向。所述晶体管40的控制端是所述指晶体管40上控制其通断的端口，例如，如果所述晶体管40是MOS管，则有栅极G、源极S以及漏极D三个端口，一般栅极G作为其控制端。

与现有技术的区别在于，利用所述晶体管40作为防反接的元器件。当所述低压电源20正负极反接时，所述低压电源20会与所述续流二极管30形成回路，造成很大的短路电流。由于所述晶体管40的控制端与所述低压电源20连接，当所述低压电源20正负极反接时，所述晶体管40的控制端会被置零，从而导致所述晶体管40关断，以此可实现保护所述续流二极管30以防止所述续流二极管30被击穿。并且，可将本来会流向所述续流二极管30的电流引向所述开关电源电路10，一般开关电源电路10中会存在一些大功率器件，因此可以起到保护电路的作用。本实用新型提出的防反接电路适用于低压电池的情况，且系统可靠性高。

需要注意的是，如图6和图7所示，在本实用新型实施例中所述开关电源电路10为全桥Buck电路，全桥Buck电路属于Buck拓扑，但是所述开关电源电路10并不局限于Buck拓扑，还可以是其它类型的开关电源拓扑，例如还可为Boost拓扑或Buck-Boost拓扑，还有很多其它类型，在此不做赘述。其中，Buck拓扑、Boost拓扑以及Buck-Boost拓扑中均包含很多种不同类型的开关电源电路10，均适用本实用新型。在本实用新型实施例中，以全桥Buck电路为例来具体说明，其它类型的开关电源电路10与之类似。其中，图6为所述低压电源20正负极没有反接时电路示意图，图7为所述低压电源20正负极反接时电路示意图，图6和图7中箭头表示电流流向。

具体地，如图6和图7所示，所述开关电源电路10可包括高压电源101、变压器102、整流电路103、储能电感104以及滤波电容105。所述高压电源101连接所述变压器102的原边，所述整流电路103的输入端连接所述变压器102的副边。所述整流电路的输出端串联连接所述储能电感104，所述储能电感104的输出端并联连接所述滤波电容105，所述储能电感104的输出端作为所述开关电源电路10的输出端，所述变压器102可为降压变压器。

可选地，所述整流电路103可包括4个功率器件，所述功率器件构成一全桥电路，根据前面对所述开关电源电路10类型的分析可知，所述整流电路103除了可以是全桥电路外，还有其它类型，例如，还为半桥电路，在此不做赘述，具体需根据实际需求来选择。一般所述功率器件可选用MOS管或IGBT。

优选地，所述晶体管40可选用额定电流为10A的小功率MOS管，选用小功率MOS管可进一步降低所述防反接电路的硬件成本。

本实用新型实施例提出的防反接电路可应用在汽车的低压电池供电系统中，如图6所示的防反接电路的工作流程如下：当所述低压电源20正常工作时，将晶体管S0驱动给予高电平信号，晶体管S0正常导通。若所述开关电源电路10上下电存在输出线束寄生电感与内部电容之间谐振等异常情况，系统输出端口电压会出现异常的负值电压。此时，由于晶体管S0由于处于导通状态，续流二极管D0所在回路用以规避所述开关电源电路10输出端口可能存在的低于-4V而造成的输出端口采样所需的芯片由于过电压发生应力失效风险。

若出现低压电池正负极反接装入车中，因系统控制电源来源于低压电池，而低压电池反接无法正常供电。所以晶体管S0驱动电路无供电电源，其驱动信号为低电平，晶体管S0处于关断状态。因此，续流二极管D0所在回路也处于断开状态。因变压器102副边所连接有功率功率器件S1、S2、S3以及S4，其可以为大功率MOS管，可承受很大瞬态电流，可保证在保险丝熔断前不损坏，且功率电感L1此时起到阻碍电流变化的作用，延缓了反向电流的增加。所以，通过将续流二极管D0串联晶体管S0的设计，可达到保护开关电源，提供系统可靠性的目的。同时，由于这套方案可采用成本较低的小功率晶体管40，可进一步降低硬件成本。

本实用新型的第二方面提出一种充电装置，包括上述技术特征中任一项所述的防反接电路。

可选地，还包括一采样电路50，如图8和图9所示，所述采样电路50连接在所述开关电源电路10的输出端，并用于检测所述开关电源电路10输出给所述低压电源20的电流大小。其中，图8为所述低压电源20正负极没有反接时电路示意图，图9为所述低压电源20正负极反接时电路示意图，图8和图9中箭头表示电流流向。

可选地，所述采样电路50包括采样电阻、运算放大器以及处理器件。所述采样电阻串联连接在所述开关电源电路10的输出端以及所述低压电源20间，所述运算放大器的两个输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述运算放大器的输出端连接所述处理器件。所述运算放大器用于采集所述采样电阻两端的电压差，并将所述电压差发送给所述处理器件，所述处理器件用于根据所述电压差以及所述采样电阻的阻值计算出流过所述采样电阻的电流。

需要注意的是，在本实用新型实施例中，所述处理器件选用MCU，本领域技术人员应理解，所述处理器件除了可选用MCU外，还可以选择MPU或DSP或FPGA等具有数据处理能力的芯片，在此不做限制。

综上所述，本实用新型提出一种防反接电路，与现有技术的区别在于，利用所述晶体管作为防反接的元器件。当所述低压电源正负极反接时，所述低压电源会与所述续流二极管形成回路，造成很大的短路电流。由于所述晶体管的控制端与所述低压电源连接，当所述低压电源正负极反接时，所述晶体管的控制端会被置零，从而导致所述晶体管关断，以此可实现保护续流二极管的作用。并且，可将本来会流向所述续流二极管的电流引向所述开关电源电路，一般开关电源电路中会存在一些大功率器件，因此可以起到保护电路的作用。本实用新型提出的防反接电路适用于低压电池的情况，且系统可靠性高。

另外，所述晶体管可只需选用额定电流为10A的小功率MOS管，防反接电路的硬件成本更低。

本实用新型还提出一种充电装置，利用所述防反接电路。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防反接电路，其特征在于，包括开关电源电路、低压电源、续流二极管以及晶体管；

所述开关电源电路的输出端连接所述低压电源，并用于给所述低压电源充电，

所述晶体管与所述续流二极管串联连接形成一串联电路，所述串联电路与所述开关电源电路并联连接，所述串联电路还与所述低压电源并联连接，所述晶体管的控制端连接所述低压电源；

所述晶体管用于在所述低压电源的正负极反接时防止所述续流二极管被击穿损坏。

2.如权利要求1所述的一种防反接电路，其特征在于，所述开关电源电路包括高压电源、变压器、整流电路、储能电感以及滤波电容；

所述高压电源连接所述变压器的原边，所述整流电路的输入端连接所述变压器的副边，所述整流电路的输出端串联连接所述储能电感，所述储能电感的输出端并联连接所述滤波电容，所述储能电感的输出端作为所述开关电源电路的输出端。

3.如权利要求2所述的一种防反接电路，其特征在于，所述整流电路包括4个功率器件，所述功率器件构成一全桥电路。

4.如权利要求3所述的一种防反接电路，其特征在于，所述功率器件包括MOS管或IGBT。

5.如权利要求2所述的一种防反接电路，其特征在于，所述变压器包括降压变压器。

6.如权利要求1所述的一种防反接电路，其特征在于，所述晶体管包括额定电流为10A的MOS管。

7.一种充电装置，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的防反接电路。

8.如权利要求7所述的一种充电装置，其特征在于，还包括一采样电路，所述采样电路连接在所述开关电源电路的输出端，并用于检测所述开关电源电路输出给所述低压电源的电流大小。

9.如权利要求8所述的一种充电装置，其特征在于，所述采样电路包括采样电阻、运算放大器以及处理器件；

所述采样电阻串联连接在所述开关电源电路的输出端以及所述低压电源间，所述运算放大器的两个输入端分别连接所述采样电阻的两端，所述运算放大器的输出端连接所述处理器件；

所述运算放大器用于采集所述采样电阻两端的电压差，并将所述电压差发送给所述处理器件，所述处理器件用于根据所述电压差以及所述采样电阻的阻值计算出流过所述采样电阻的电流。

10.如权利要求9所述的一种充电装置，其特征在于，所述处理器件包括MCU或MPU或DSP或FPGA。

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