CN211908431U - 一种用于吸尘器的锂电池管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂电池管理技术领域，具体公开了一种用于吸尘器的锂电池管理电路，其中，包括：检测模块、主控模块、驱动模块和开关使能模块，所述检测模块、驱动模块和开关使能模块均与所述主控模块电连接，所述开关使能模块与所述检测模块电连接；所述主控模块用于控制所述检测模块、驱动模块和开关使能模块的工作；所述检测模块用于检测电气信号以及用于检测充电器状态信号，并将检测到的所述电气信号以及充电器状态信号反馈至所述主控模块；所述驱动模块用于驱动外部充放电开关管以及驱动外部指示灯进行故障指示；所述开关使能模块用于控制所述主控模块的功耗。本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路结构简单易于实现，且成本低廉。

Description

一种用于吸尘器的锂电池管理电路

技术领域

本实用新型涉及锂电池管理技术领域，尤其涉及一种用于吸尘器的锂电池管理电路。

背景技术

锂电池是目前新能源行业的焦点，具有能量密度高，体积小的优点，但锂电池由于稳定、安全方面的问题需要增加电池管理及保护。目前家用电器，无绳化是目前的大趋势，但目前模拟前端方案成本较高，硬件方案功能不足，需要配置MCU进行配合使用，增加了复杂程度。

发明内容

本实用新型提供了一种用于吸尘器的锂电池管理电路，解决相关技术中存在的锂电池管理成本高且复杂的问题。

作为本实用新型的一个方面，提供一种用于吸尘器的锂电池管理电路，其中，包括：检测模块、主控模块、驱动模块和开关使能模块，所述检测模块、驱动模块和开关使能模块均与所述主控模块电连接，所述开关使能模块与所述检测模块电连接；

所述主控模块用于控制所述检测模块、驱动模块和开关使能模块的工作；

所述检测模块用于检测电气信号以及用于检测充电器状态信号，并将检测到的所述电气信号以及充电器状态信号反馈至所述主控模块；

所述驱动模块用于驱动外部充放电开关管以及驱动外部指示灯进行故障指示；

所述开关使能模块用于控制所述主控模块的功耗。

进一步地，所述检测模块包括电气检测单元和充电器检测单元，所述电气检测单元和所述充电器检测单元均与所述主控模块电连接，所述电气检测单元和所述充电器检测单元均与所述开关使能模块电连接，所述充电器检测单元与所述电气检测单元电连接，所述电气检测单元用于检测电气信号，所述充电器检测单元用于检测充电器状态信号。

进一步地，所述电气检测单元包括至少一组电气检测电路，每组所述电气检测电路均包括第一电阻、开关管、第二电阻和电容，所述开关管的驱动端连接所述开关使能模块的使能信号输出端，所述开关管的第一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端为所述电气检测单元的检测端，所述开关管的第二端连接所述第二电阻的一端和所述电容的一端，所述第二电阻的另一端和所述电容的另一端均连接信号地，所述开关管的第二端还连接第一放大器的正相输入端，所述第一放大器的反相输入端连接两个控制开关。

进一步地，所述开关使能模块和所述充电器检测单元包括：第一二极管、第二二极管、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一二极管的阳极端为所述开关使能模块的使能信号输出端，所述第一二极管的阴极连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，所述第二二极管的阳极为所述充电器检测单元的检测端，所述第二二极管的阴极连接所述第三电阻的一端，所述第四电阻的一端连接所述第一三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接信号地，所述第一三极管的发射极连接信号地，所述第一三极管的集电极连接所述第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接所述第八电阻的一端和所述第二三极管的基极，所述第八电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的集电极连接内部供电模块，所述第二三极管的发射极为供电电源端，所述第五电阻的一端连接所述第二二极管的阳极，所述第五电阻的另一端通过所述第六电阻连接信号地。

进一步地，所述驱动模块包括充放电驱动单元和指示灯驱动单元，所述充放电驱动单元和所述指示灯驱动单元均与所述主控模块电连接，所述充放电驱动单元用于驱动外部充放电开关管，所述指示灯驱动单元用于驱动外部指示灯进行故障指示。

进一步地，所述用于吸尘器的锂电池管理电路还包括PWM软启动单元，所述PWM软启动单元分别与所述充放电驱动单元和所述主控模块电连接，所述PWM软启动单元用于根据所述主控模块的控制输出PWM驱动信号。

进一步地，所述PWM软启动单元包括：第二放大器和多个控制开关，所述第二放大器的正相输入端连接多个控制开关，所述第二放大器的反相输入端连接电压信号，所述第二放大器的输出端为所述PWM软启动单元的输出端。

进一步地，所述PWM软启动单元输出的PWM驱动信号的占空比在预设固定时间段内由小到大变化。

进一步地，所述外部指示灯包括LED指示灯，所述外部指示灯能够根据所述指示灯驱动单元的驱动信号进行相应的状态闪烁，其中所述指示灯驱动单元的驱动信号包括过压状态驱动信号或过流状态驱动信号。

进一步地，所述电气信号包括电压信号、电流信号和温度信号，所述充电器检测单元用于检测充电器的插入状态信号。

本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路，可以通过驱动模块实现故障指示，以及通过开关使能模块实现系统的低功耗控制，得以让用户快速得知系统出现的故障问题，且在硬件逻辑的支持下，极大提高了系统的可靠性以及加速了设计方案的设计周期，且具有成本低结构简单的优势。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路的结构框图。

图2为本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路的具体实施方式结构示意图。

图3为本实用新型提供的PWM软启动单元的电路结构示意图。

图4为本实用新型提供的电气检测单元的电路结构示意图。

图5为本实用新型提供的开关使能模块和充电器检测单元的电路结构示意图。

图6为本实用新型提供的主控模块的电路结构示意图。

图7为本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路的应用电路中的主要波形示意图。

图8为本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路的应用电路的具体结构示意图。

图9为本实用新型提供的充放电驱动单元的具体电路结构示意图。

图10为发明提供的指示灯驱动单元的具体电路结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种用于吸尘器的锂电池管理电路，图1是根据本实用新型实施例提供的用于吸尘器的锂电池管理电路10的结构框图，如图1所示，包括：检测模块100、主控模块200、驱动模块300和开关使能模块400，所述检测模块100、驱动模块300和开关使能模块400均与所述主控模块200电连接，所述开关使能模块400与所述检测模块100电连接；

所述主控模块200用于控制所述检测模块100、驱动模块300和开关使能模块400的工作；

所述检测模块100用于检测电气信号以及用于检测充电器状态信号，并将检测到的所述电气信号以及充电器状态信号反馈至所述主控模块；

所述驱动模块300用于驱动外部充放电开关管以及驱动外部指示灯进行故障指示；

所述开关使能模块400用于控制所述主控模块的功耗。

本实用新型实施例提供的用于吸尘器的锂电池管理电路，可以通过驱动模块实现故障指示，以及通过开关使能模块实现系统的低功耗控制，得以让用户快速得知系统出现的故障问题，且在硬件逻辑的支持下，极大提高了系统的可靠性以及加速了设计方案的设计周期，且具有成本低结构简单的优势。

具体地，如图2所示，所述检测模块100包括电气检测单元110和充电器检测单元120，所述电气检测单元110和所述充电器检测单元120均与所述主控模块200电连接，所述电气检测单元110和所述充电器检测单元120均与所述开关使能模块400电连接，所述充电器检测单元120与所述电气检测单元110电连接，所述电气检测单元110用于检测电气信号，所述充电器检测单元120用于检测充电器状态信号。

具体地，如图2所示，所述驱动模块300包括充放电驱动单元310和指示灯驱动单元320，所述充放电驱动单元310和所述指示灯驱动单元320均与所述主控模块200电连接，所述充放电驱动单元310用于驱动外部充放电开关管，所述指示灯驱动单元320用于驱动外部指示灯。

具体地，如图2所示，所述用于吸尘器的锂电池管理电路还包括PWM软启动单元500，所述PWM软启动单元500分别与所述充放电驱动单元310和所述主控模块200电连接，所述PWM软启动单元500用于根据所述主控模块200的控制输出PWM驱动信号。

需要说明的是，所述PWM软启动单元输出的PWM驱动信号的占空比在预设固定时间段内由小到大变化。

具体地，所述外部指示灯包括LED指示灯，所述外部指示灯能够根据所述指示灯驱动单元的驱动信号进行相应的状态闪烁，其中所述指示灯驱动单元的驱动信号包括过压状态驱动信号或过流状态驱动信号。

优选地，所述电气信号包括电压信号、电流信号和温度信号，所述充电器检测单元用于检测充电器的插入状态信号。

应当理解的是，所述电气检测单元相应地可以分为电压检测，电流检测，温度检测，其工作状态由开关使能模块控制或由充电器检测单元控制，即只有在充电器插入或者开关使能状态为真值时电气检测单元才会正常工作，其余时间处于休眠状态。

本实用新型实施例提供的用于吸尘器的锂电池管理电路，如图2所示，主要包括：电气检测单元110、主控模块200、充放电驱动单元310、指示灯驱动单元320、充电器检测单元120、开关使能模块400以及PWM软起动单元500，所述电气检测单元110与所述主控模块200连接，检测单元用于检测电池的电压、电流、温度以及充电器插入等信息，并传递给主控模块200；所述主控模块200分别与充放电驱动单元310、指示灯驱动单元320、开关使能模块400以及PWM软起动单元500连接。所述充放电驱动单元310主要用于驱动外部的充放电MOSFET，其驱动信号来自于主控模块200的逻辑输出；所述指示灯驱动单元320用于驱动外部LED指示灯，指示系统所处的状态，其状态信息来自于主控模块200的逻辑输出；开关使能模块400用于系统的低功耗设计，外部开关按键使能后系统上电，所有单元开始工作；PWM软起动单元500用于系统的软起动，防止瞬间启动大电流损伤电池，其占空比在固定时间500ms内由小到大变化，受逻辑单元控制。

进一步地，所述PWM软起动单元500用于系统的软起动，防止瞬间启动的大电流损伤锂电池，此功能的主要实现方式有两种：当系统为有刷电机时，引脚PWM悬空，此时内部DDRV输出PWM驱动信号驱动第一MOS管QD，其占空比在500mS内由30%上升至100%；当系统为无刷电机时，引脚PWM连接无刷电机的PWM信号，其占空比在500mS内由30%上升至100%，此时DDRV输出为高电平驱动第一MOS管QD。

如图3所示，所述PWM软启动单元500包括：第二放大器U2和多个控制开关，所述第二放大器U2的正相输入端连接多个控制开关，所述第二放大器U2的反相输入端连接电压信号，所述第二放大器U2的输出端为所述PWM软启动单元的输出端。

需要说明的是，控制开关K1到K7随着时间的推移，依次闭合，电压由2.0V上升至5.0V，与上面的电压信号（在本实用新型实施例中为基准三角波）进行比较，产生的PWM波形占空比逐渐上升

具体地，所述开关使能模块400有两种启动方式，一种是外部开关按键激活，一种是充电器检测单元接入后激活，不论哪种激活方式，系统开始工作，所有单元正常运行。

进一步地，所述电气检测单元110用于检测系统的参数，主要有单串的电压，回路电流，电池的温度，放电过程中出现参数异常，主控模块200会通知充放电驱动单元310关闭第一MOS管QD，截止放电，保护系统，此时主控模块200同时通知指示灯驱动单元320驱动第一指示灯LED1显示当前的故障状态；充电过程中出现参数异常，主控模块200会通知充放电驱动单元310关闭第二MOS管QC，同时主控模块200通知指示灯驱动单元320驱动第二指示灯LED2显示当前的故障状态。

需要说明的是，指示灯驱动单元320输出组合方式分为以下几个部分：

（1）正常放电时，驱动第一指示灯LED1常亮；

（2）放电欠压保护时，驱动第一指示灯LED1熄灭；

（3）放电过流时，驱动第一指示灯LED1进行3Hz闪烁3S；

（4）放电过温时，驱动第一指示灯LED1进行1Hz闪烁3S；

（5）放电短路时，驱动第一指示灯LED1进行3Hz快闪10S；

（6）正常充电时，驱动第二指示灯LED2常亮；

（7）充电过压时，驱动第二指示灯LED2熄灭；

（8）充电过流时，驱动第二指示灯LED2进行3Hz闪烁3S；

（9）充电过温时，驱动第二指示灯LED2进行1Hz闪烁3S。

作为电气检测单元110的具体实施方式，如图4所示，所述电气检测单元包括至少一组电气检测电路，每组所述电气检测电路均包括第一电阻R1、开关管Q1、第二电阻R2和电容C，所述开关管Q1的驱动端连接所述开关使能模块的使能信号输出端，所述开关管Q1的第一端连接所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端为所述电气检测单元的检测端，所述开关管Q1的第二端连接所述第二电阻R2的一端和所述电容C的一端，所述第二电阻R2的另一端和所述电容C的另一端均连接信号地，所述开关管Q1的第二端还连接第一放大器U1的正相输入端，所述第一放大器U1的反相输入端连接两个控制开关。

作为开关使能模块和充电器检测单元的具体实施方式，如图5所示，所述开关使能模块和所述充电器检测单元包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管B1、第二三极管B2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第一二极管D1的阳极端为所述开关使能模块的使能信号输出端，所述第一二极管D1的阴极连接所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述第一三极管B1的基极，所述第二二极管D2的阳极为所述充电器检测单元的检测端，所述第二二极管D2的阴极连接所述第三电阻R3的一端，所述第四电阻R4的一端连接所述第一三极管B1的基极，所述第四电阻R4的另一端连接信号地，所述第一三极管B1的发射极连接信号地，所述第一三极管B1的集电极连接所述第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端分别连接所述第八电阻R8的一端和所述第二三极管D2的基极，所述第八电阻R8的另一端连接所述第二三极管D2的发射极，所述第二三极管D2的集电极连接内部供电模块，所述第二三极管D2的发射极为供电电源端，所述第五电阻R5的一端连接所述第二二极管D2的阳极，所述第五电阻R5的另一端通过所述第六电阻R6连接信号地。

作为主控模块200的具体实施方式，如图6所示，为主控模块200的具体实施方式电路结构示意图。

作为本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路的具体应用电路，如图7和图8所示，其应用电路具体可以包括：第一主控IC ；第一放电MOS管QD，第二充电MOS管QC；第一指示灯LED1，第二指示灯LED2；第一隔离二极管D1。所述第一主控IC主要为本实用新型提供的用于吸尘器的锂电池管理电路，其内部机构如图2所示；所述第一放电MOS管QD为放电回路MOS管，其开关受控于第一主控IC，第二充电MOS管QC为充电回路MOS管，其开通关断受控于第一主控IC；所述第一和第二指示灯为故障指示灯，其故障指示码受控于第一主控IC。

进一步地，所述充电器检测单元通过第一二极管D1与电池的PACK+进行隔离，电气检测单元110检测到充电器接入，且此时开关使能模块会进行系统激活，进入充电状态检测模式；系统待机之后进入休眠，此时没有工作电流，当充电器检测单元检测到充电器接入时，系统由充电器供电，检测单元开始工作，此时电池并不耗电。

系统在休眠状态下具有两种唤醒模式，一种是外部按键动作由内部使能单元唤醒；另外一种是由充电器检测单元在检测到充电器接入后进行唤醒，以此来降低甚至达到待机0功耗的目的，极大的延长了系统的放置时间，增加了电池的寿命。

如图9所示，为本实用新型实施例提供的充放电驱动单元的具体电路结构示意图，如图10所示，为本实用新型实施例提供的指示灯驱动单元的具体电路结构示意图。

通过本实施例提供的用于吸尘器的锂电池管理电路，与现有技术相比具备以下优点：可以利用及其简单的外围实现电池故障的指示码；且提供了系统的软起动功能，另外系统在不工作时进入0功耗状态，极大的延长了电池的静止时间，与传统方案比较，节省了MCU的外围以及软件开发工作，且纯硬件的实现方式大大提高了系统的可靠性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，包括：检测模块、主控模块、驱动模块和开关使能模块，所述检测模块、驱动模块和开关使能模块均与所述主控模块电连接，所述开关使能模块与所述检测模块电连接；

所述主控模块用于控制所述检测模块、驱动模块和开关使能模块的工作；

所述检测模块用于检测电气信号以及用于检测充电器状态信号，并将检测到的所述电气信号以及充电器状态信号反馈至所述主控模块；

所述驱动模块用于驱动外部充放电开关管以及驱动外部指示灯进行故障指示；

所述开关使能模块用于控制所述主控模块的功耗。

2.根据权利要求1所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述检测模块包括电气检测单元和充电器检测单元，所述电气检测单元和所述充电器检测单元均与所述主控模块电连接，所述电气检测单元和所述充电器检测单元均与所述开关使能模块电连接，所述充电器检测单元与所述电气检测单元电连接，所述电气检测单元用于检测电气信号，所述充电器检测单元用于检测充电器状态信号。

3.根据权利要求2所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述电气检测单元包括至少一组电气检测电路，每组所述电气检测电路均包括第一电阻、开关管、第二电阻和电容，所述开关管的驱动端连接所述开关使能模块的使能信号输出端，所述开关管的第一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端为所述电气检测单元的检测端，所述开关管的第二端连接所述第二电阻的一端和所述电容的一端，所述第二电阻的另一端和所述电容的另一端均连接信号地，所述开关管的第二端还连接第一放大器的正相输入端，所述第一放大器的反相输入端连接两个控制开关。

4.根据权利要求2所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述开关使能模块和所述充电器检测单元包括：第一二极管、第二二极管、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一二极管的阳极端为所述开关使能模块的使能信号输出端，所述第一二极管的阴极连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，所述第二二极管的阳极为所述充电器检测单元的检测端，所述第二二极管的阴极连接所述第三电阻的一端，所述第四电阻的一端连接所述第一三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接信号地，所述第一三极管的发射极连接信号地，所述第一三极管的集电极连接所述第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端分别连接所述第八电阻的一端和所述第二三极管的基极，所述第八电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的集电极连接内部供电模块，所述第二三极管的发射极为供电电源端，所述第五电阻的一端连接所述第二二极管的阳极，所述第五电阻的另一端通过所述第六电阻连接信号地。

5.根据权利要求1所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述驱动模块包括充放电驱动单元和指示灯驱动单元，所述充放电驱动单元和所述指示灯驱动单元均与所述主控模块电连接，所述充放电驱动单元用于驱动外部充放电开关管，所述指示灯驱动单元用于驱动外部指示灯进行故障指示。

6.根据权利要求5所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述用于吸尘器的锂电池管理电路还包括PWM软启动单元，所述PWM软启动单元分别与所述充放电驱动单元和所述主控模块电连接，所述PWM软启动单元用于根据所述主控模块的控制输出PWM驱动信号。

7.根据权利要求6所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述PWM软启动单元包括：第二放大器和多个控制开关，所述第二放大器的正相输入端连接多个控制开关，所述第二放大器的反相输入端连接电压信号，所述第二放大器的输出端为所述PWM软启动单元的输出端。

8.根据权利要求6所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述PWM软启动单元输出的PWM驱动信号的占空比在预设固定时间段内由小到大变化。

9.根据权利要求5所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述外部指示灯包括LED指示灯，所述外部指示灯能够根据所述指示灯驱动单元的驱动信号进行相应的状态闪烁，其中所述指示灯驱动单元的驱动信号包括过压状态驱动信号或过流状态驱动信号。

10.根据权利要求2所述的用于吸尘器的锂电池管理电路，其特征在于，所述电气信号包括电压信号、电流信号和温度信号，所述充电器检测单元用于检测充电器的插入状态信号。

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