CN211790730U - 一种短路吸收电路和应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短路吸收电路和应用电路。该短路吸收电路包括电池组、充电场效应管、放电场效应管、第一单向二极管、第一热敏电阻。充电场效应管的漏极与电池组的负极电连接，充电场效应管的源极与放电场效应管的源极电连接，充电场效应管的控制极与外部控制器电连接。放电场效应管的漏级分别与第一单向二极管的正极和外部负载电路的第一端电连接，放电场效应管的控制极与外部控制器电连接，外部负载电路的第二端与电池组的正极电连接；第一单向二极管的负极与第一热敏电阻的第一端电连接，第一热敏电阻的第二端与电池组的正极电连接。本实用新型实施例提供的技术方案，实现了对放电场效应管的短路保护和短路吸收电路的低成本设计。

Description

一种短路吸收电路和应用电路

技术领域

本实用新型实施例涉及短路保护技术，尤其涉及一种短路吸收电路和应用电路。

背景技术

随着科学技术的进步，各个行业设备的集成化越来越高，锂电池组应用的愈加广泛，主要应用于基站后备电池、便携式储能电池、家庭储能等诸多领域，不同行业对于电池的应用均有安全运行，长久可靠，工作期间不得发生严重故障乃至热失控，起火爆炸等要求，特别是对电池组均有短路保护的强烈需求。

短路保护电路是锂电池保护短路中的重要组成部分。现有技术中，在放电场效应管并联有瞬态二极管，但其吸收能力有限和保护次数有限，且大功率的瞬态二极管封装过程复杂还会增加成本，故不能完全可靠的实现短路保护功能。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种短路吸收电路和应用电路，以实现对放电场效应管的短路保护和短路吸收电路的低成本设计。

本实用新型实施例提供了一种短路吸收电路，该短路吸收电路包括电池组、充电场效应管、放电场效应管、第一单向二极管、第一热敏电阻。

所述充电场效应管的漏极与所述电池组的负极电连接，所述充电场效应管的源极与所述放电场效应管的源极电连接，所述充电场效应管的控制极与外部控制器电连接；

所述放电场效应管的漏级分别与所述第一单向二极管的正极和外部负载电路的第一端电连接，所述放电场效应管的控制极与外部控制器电连接，所述外部负载电路的第二端与所述电池组的正极电连接；

所述第一单向二极管的负极与所述第一热敏电阻的第一端电连接，所述第一热敏电阻的第二端与所述电池组的正极电连接。

可选的，还包括保险丝，

所述保险丝的第一端与所述放电场效应管的漏级电连接，所述保险丝的第二端与所述第一单向二极管的正极电连接。

可选的，所述保险丝的阻值R2满足：1mΩ≤R2≤3mΩ。

可选的，还包括第二热敏电阻及第二单向二极管，

所述第二热敏电阻的第一端与所述电池组的正极电连接，所述第二热敏电阻的第二端与所述第二单向二极管的负极电连接，所述第二单向二极管的正极与所述电池组的负极电连接。

可选的，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻为正温度系数材料。

可选的，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻的阻值R1均满足：0.03Ω≤R1≤0.08Ω。

可选的，所述放电场效应管和所述充电场效应管均为NMOS管。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种应用电路，该应用电路还包括第一方面所述的短路吸收电路。

本实用新型实施中外部负载电路在电池组的正负极之间发生短路时，外部控制器控制放电场效应管断开，放电场效应管断开电流瞬间有大电流变为零，放电场效应管的源漏两端产生的较大的感应电压，较大的感应电压通过第一单向二极管和第一热敏电阻释放到电池组的正极，以使放电场效应管处于安全电压内，解决了现有技术中外部负载在发生短路时，放电场效应管断开时产生的瞬间电流流入放电场效应管并联端的瞬态二极管，而设置瞬态二极管会使得短路吸收电路的成本升高等问题，另外瞬态二极管的吸收能力是有限的，本技术方案中采用第一热敏电阻及第一单向二极管，实现对放电场效应管的短路保护和短路吸收电路的低成本设计。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种短路吸收电路的实际应用电路图；

图2是本实用新型实施例提供的又一种短路吸收电路的实际应用电路；

图3是本实用新型实施例提供的应用电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例

图1是本实用新型实施例提供的一种短路吸收电路的实际应用电路图，如图1所示，该短路吸收电路的实际应用电路图包括短路吸收电路10及外部负载电路20，其中，短路吸收电路10包括电池组、充电场效应管Q1、放电场效应管Q2、第一单向二极管D1、第一热敏电阻PTC1。充电场效应管Q1的漏极与电池组的负极电连接，充电场效应管Q1的源极与放电场效应管Q2的源极电连接，充电场效应管Q1的控制极与外部控制器电连接。放电场效应管Q2的漏级分别与第一单向二极管D1的正极和外部负载电路的第一端电连接，放电场效应管Q2的控制极与外部控制器电连接，外部负载电路的第二端与电池组的正极电连接；第一单向二极管D1的负极与第一热敏电阻PTC1的第一端电连接，第一热敏电阻PTC1的第二端与电池组的正极电连接。

其中，该短路吸收电路的工作原理为：电池系统正常工作时，放电场效应管Q2和充电场效应管Q1导通，电池系统正常对外部负载电路20供电；当电池系统中外部负载电路20发生短路时，外部控制器输出不使能信号使得放电场效应管Q2关断，放电场效应管Q2断开电流瞬间变为零，等效电感上会感应出较大的电压。需要说明的是，放电场效应管Q2漏级通过导线电连接外部负载电路20，其中，该部分的导线可以等效为等效电感L，图1中已示意出，可以理解的是，该等效电感L不包括与实际的短路吸收电路中。此时，放电场效应管Q2断开电流瞬间变为零，从而在等效电感L一端产生一高点电压，这一高点电压通过第一单向二极管D1和第一热敏电阻PTC1及时释放到电池组的正极上，从而降低等效电感L一端的高点电压值，这样放电场效应管Q2漏级与源级两端的感应电压降低，不会造成放电场效应管Q2的损坏，达到对保护放电场效管Q2的保护。

另外，与现有技术相比，现有短路保护技术中在放电场效应管的两端并联瞬态二极管，而设置瞬态二极管会使得短路吸收电路的成本升高等问题，瞬态二极管的吸收能力是有限的，本技术方案中采用第一热敏电阻PTC1及第一单向二极管D1，也实现了短路吸收电路的低成本设计。

可选的，参见图1，该短路吸收电路还包括保险丝F。保险丝F的第一端与放电场效应管Q2的漏级电连接，保险丝F的第二端与第一单向二极管D1的正极电连接。

可选的，保险丝F的阻值R2满足：1mΩ≤R2≤3mΩ。

其中，保险丝F电连接在放电场效应管Q2与第一单向二极管D1之间，当外部负载电路20发生短路时，当放电场效应管Q2断开产生的瞬间大电流在流经保险丝F时，且电流达到保险丝F的熔断电流时，保险丝F自身熔断切断电流，从而起到保护短路吸收电路安全运行的作用。当电池系统正常工作时，示例性的，保险丝F的阻值为1mΩ≤R2≤3mΩ，可以降低充放电电流经过保险丝F时热损耗。

在上述实施例的基础上，进一步优化，可选的，图2是本实用新型实施例提供的又一种短路吸收电路的实际应用电路图，如图2所示，该短路吸收电路10还包括第二热敏电阻PTC2及第二单向二极管D2，第二热敏电阻D2的第一端与电池组的正极电连接，第二热敏电阻PTC2的第二端与第二单向二极管D2的负极电连接，第二单向二极管D2的正极与电池组的负极电连接。

其中，当电池组内部的正负极之间发生短路时，外部控制器输出不使能信号使得充电场效应管Q1关断，充电场效应管Q1断开电流瞬间由大电流变为零，同样充电场效管Q1的漏级与第二单向二极管D2之间的导线可以等效为等效电感(图中未示意出)，此时，充电场效应管Q1断开电流瞬间由大电流变为零会使得等效电感一端产生一高点电压，这一高点电压通过第二单向二极管D2和第二热敏电阻PTC2及时释放到电池组的正极上，从而降低等效电感一端的高点电压值，这样可以对充电场效管Q1的保护。

可选的，第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2为正温度系数材料。

其中，第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2均为具有温度敏感性的半导体电阻，当超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，需要说明的是，当放电场效应管Q2的高点电压通过第一单向二极管D1和第一热敏电阻释放到电池组的正极时，由于第一热敏电阻的正温度特性，即当较大的短路电流通过第一热敏电阻PTC1及第一单向二极管的D1时，温度也达到一定值时，阻值不断增大，可以阻断或限制短路电流将通过，从而保护了第一热敏电阻PTC1及第一单向二极管D1自身的安全。

可选的，第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2的阻值R1均满足：0.03Ω≤R1≤0.08Ω。

其中，在室温环境下，选取第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2的阻值R1在0.03Ω～0.08Ω范围内，这样第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2正常工作时热功耗较小，寿命长、可靠性高。

可选的，放电场效应管Q2和充电场效应管Q1均为NMOS管。

其中，由于外部控制器分别与放电场效应管Q2的控制极和充电场效应管Q1的控制极电连接，外部控制器持续输出高电平信号给NMOS放电场效应管Q2的控制极和NMOS充电场效应管Q1的控制极，以达到放电场效应管Q2和充电场效应管Q1高电平导通。

本技术方案中当外部负载回路发生短路时，放电场效应管断开时产生的瞬态大电流变为零，此时放电场效应管的两端产生的较大的感应电压，较大的感应电压通过第一单向二极管和第一热敏电阻释放到电池组的正极，实现了对放电场效应管的短路保护。另外，当电池组内部发生短路时，充电场效应管断开时产生的瞬态大电流变为零，此时充电场效应管到的两端产生较大的感应电压，较大的感应电压通过第二单向二极管和第二热敏电阻释放到电池组的正极，实现了对充电场效应管的短路保护，且与现有短路保护技术中在放电场效应管两端并联瞬态二极管相比较，瞬态二极管封装体积大，实现了短路吸收电路简单、可靠、低成本设计。

本实用新型实施例还提供了一种应用电路，图3是本实施例提供的应用电路的结构框图，如图3所示，该应用电路包括上述实施例的短路吸收电路10。由于本实施例包括上述短路吸收电路，该应用电路同样具备上述实施例中短路吸收电路的有益效果，本实施例在此不做赘述，

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种短路吸收电路，其特征在于，包括电池组、充电场效应管、放电场效应管、第一单向二极管、第一热敏电阻；

所述充电场效应管的漏极与所述电池组的负极电连接，所述充电场效应管的源极与所述放电场效应管的源极电连接，所述充电场效应管的控制极与外部控制器电连接；

所述放电场效应管的漏级分别与所述第一单向二极管的正极和外部负载电路的第一端电连接，所述放电场效应管的控制极与外部控制器电连接，所述外部负载电路的第二端与所述电池组的正极电连接；

所述第一单向二极管的负极与所述第一热敏电阻的第一端电连接，所述第一热敏电阻的第二端与所述电池组的正极电连接。

2.根据权利要求1所述的短路吸收电路，其特征在于，还包括保险丝，

所述保险丝的第一端与所述放电场效应管的漏级电连接，所述保险丝的第二端与所述第一单向二极管的正极电连接。

3.根据权利要求2所述的短路吸收电路，其特征在于，所述保险丝的阻值R2满足：1mΩ≤R2≤3mΩ。

4.根据权利要求1所述的短路吸收电路，其特征在于，还包括第二热敏电阻及第二单向二极管，

所述第二热敏电阻的第一端与所述电池组的正极电连接，所述第二热敏电阻的第二端与所述第二单向二极管的负极电连接，所述第二单向二极管的正极与所述电池组的负极电连接。

5.根据权利要求4所述的短路吸收电路，其特征在于，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻为正温度系数材料。

6.根据权利要求5所述的短路吸收电路，其特征在于，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻的阻值R1均满足：0.03Ω≤R1≤0.08Ω。

7.根据权利要求1所述的短路吸收电路，其特征在于，所述放电场效应管和所述充电场效应管均为NMOS管。

8.一种应用电路，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的短路吸收电路。

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