CN212210517U - 锂离子电池充放电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种锂离子电池充放电保护电路，包括过充过放保护电路和外部输入电源过压保护电路，外部输入电源过压保护电路包括PNP三极管、第一PMOS管、第一稳压管和第二稳压管；PNP三极管的基极分别与外部输入电源和第一稳压管的负极耦接，发射极与外部输入电源耦接，集电极与第一PMOS管的G极相接后接地；第一PMOS管的S极耦接外部输入电源，D极分别与第二稳压管的负极和过充过放保护电路耦接。在外部输入电源过压时，第一稳压管和第二稳压管起到稳定电压的作用，避免过压对后面的过充过放保护电路造成破坏。因此，本实用新型的锂离子电池充放电保护电路具有外部输入电源过压保护功能。

Description

锂离子电池充放电保护电路

技术领域

本实用新型的实施例涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池充放电保护电路。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。相对于铅酸等其他种类的充电电池，锂离子电池具有循环寿命长、能量密度高、环保无污染等优点，因此在电动汽车、储能领域的应用越来越广泛。

锂离子电池充放电时需要进行电池管理，有效的电池管理电路能防止锂离子电池过充和过放，过充是指电池在充电过程中，达到充满状态后还继续充电，过放是指电磁在放电过程中，超过电池放电的终止电压值时还继续放电。

目前的电池管理电路并没有设置过压保护，过压保护的功能是由充电器承担，但如果使用错误的充电器时，充电器的输出电压与锂离子电池的充电电压不匹配，会对电源管理芯片造成损坏，甚至会对锂离子电池本身造成损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种锂离子电池充放电保护电路，具有外部输入电源过压保护功能。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种锂离子电池充放电保护电路，包括过充过放保护电路和外部输入电源过压保护电路，外部输入电源过压保护电路包括PNP三极管、第一PMOS管、第一稳压管和第二稳压管；PNP三极管的基极分别与外部输入电源和第一稳压管的负极耦接，发射极与外部输入电源耦接，集电极与第一PMOS管的G极相接后接地；第一PMOS 管的S极耦接外部输入电源，D极分别与第二稳压管的负极和过充过放保护电路耦接。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

外部输入电源过压保护电路还包括第一电阻和第四电阻，所述PNP三极管的基极通过第四电阻和第一电阻与外部输入电源耦接，通过第四电阻与第一稳压管的负极耦接，第一稳压管的正极接地。

外部输入电源过压保护电路还包括第六电阻，所述PNP三极管的集电极与所述第一PMOS管的G极相接后通过第六电阻接地。

外部输入电源过压保护电路还包括第二电阻，所述第一PMOS管的D极通过第二电阻与过充过放保护电路耦接。

过充过放保护电路包括恒压恒流充电芯片、电压监测芯片、第一NMOS管和第二NMOS管；恒压恒流充电芯片的电源输入端与第一PMOS管的D极耦接，使能端与电池正极耦接；电压监测芯片的过充监测输出端与第一NMOS管的G极耦接，过放监测输出端与第二NMOS管的G极耦接；第一NMOS管的D极与第二NMOS 管的D极耦接，第一NMOS管的S极接地，第二NMOS管的S极与电池的负极耦接。

过充过放保护电路还包括第一灯光提示电路和第二灯光提示电路，第一灯光提示电路耦接在第一PMOS管的D极与恒压恒流充电芯片的充电完成指示端之间，第二灯光提示电路耦接在第一PMOS管的D极与恒压恒流充电芯片的充电状态指示端之间。

相比于现有技术，本实用新型的锂离子电池充放电保护电路的优势在于：其除了设计有过充过放保护电路外，还设计有外部输入电源过压保护电路，外部输入电源过压保护电路包括PNP三极管、第一PMOS管、第一稳压管和第二稳压管。在外部输入电源过压时，第一稳压管和第二稳压管起到稳定电压的作用，避免过压对后面的过充过放保护电路造成破坏。因此，本实用新型的锂离子电池充放电保护电路具有外部输入电源过压保护功能。

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，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型较佳实施例的锂离子电池充放电保护电路的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

本实施例的锂离子电池充放电保护电路包括外部输入电源过压保护电路和过充过放保护电路，其中，外部输入电源过压保护电路用于提供外部输入电源过压保护功能，过充过放保护电路用于放置电池过充电和过放电。

以见图1为例进行具体阐述。

外部输入电源过压保护电路包括：PNP三极管Q1、第一PMOS管Q2、第一稳压管D1、第二稳压管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和第六电阻 R6。PNP三极管Q1的型号为S8550，第一PMOS管Q2为P沟道耗尽型场效应晶体管，具体型号可选用美国万代公司的AON6932，第一稳压管D1的稳压值为 5.1V，第二稳压管D4的稳压值为5.1V，第一电阻R1的阻值为10K，第二电阻 R2的阻值为0.4Ω，第四电阻R4的阻值为10K，第六电阻R6的阻值为10K。

PNP三极管Q1的基极通过第四电阻R4和第一电阻R2组成的串联电路后与外部输入电源耦接，同时还通过第四电阻R4后与第一稳压管D1的负极耦接，第一稳压管D1的正极接地，第四电阻R4和第一电阻R2主要用于限流。PNP三极管Q1的集电极与第一PMOS管Q2的G极相接后通过第六电阻R6接地，第六电阻R6主要用于限流。PNP三极管Q1的发射极耦接外部输入电源，第一PMOS 管Q2的S极耦接外部输入电源。第一PMOS管Q2的D极与第二稳压管D4的负极耦接，第二稳压管D4的正极接地；第一PMOS管Q2的D极还通过第二电阻R2 与过充过放保护电路耦接，第二电阻R2主要用于限流。

本实施例的外部输入电源过压保护电路的工作过程为：当外部输入电压从 JP1接入，正常使用时，本电路JP1接入5V外部电压对电池进行充电。当外部电压在5V输入时，由于PNP三极管Q1的基极电压与发射极电压相同，所以Q1 不导通，由于第一PMOS管Q2的S极电压大于G极电压，所以Q2导通，此时供电电压稳定在5V。当外部电压稍微过压，在5V-5.7V时，由于PNP三极管Q1的基极电压与发射极电压依然相同，所以Q1不导通，由于第一PMOS管Q2的S极电压大于G极电压，所以Q2导通，并且第二稳压管D4被击穿导通，此时供电电压稳定在5.1V。当外部电压高于5.7V输入时，第一稳压管D1被击穿，PNP 三极管Q1的基极电压被拉低，并与发射极产生电压差，Q1被导通，Q1导通后， Q2的G极电压升高，与S极电压无电压差，所以Q2不导通，最终断开过充过放保护电路的供电电源。

过充过放保护电路包括：恒压恒流充电芯片U2、电压监测芯片U1、第一NMOS 管Q3、第二NMOS管Q4、第一灯光提示电路和第二灯光提示电路。恒压恒流充电芯片U2的型号为TP4056，电压监测芯片U1的型号为DW-01，第一NMOS管Q3 和第二NMOS管Q4都为N沟道增强型场效应晶体管，型号都为FNK05A。

恒压恒流充电芯片U2的电源输入端(第4脚)通过第二电阻R2与第一PMOS 管Q2的D极耦接；U2的使能端(第5脚)与电池PW1的正极耦接，接高电平表示正常使用，使能端向电池PW1正极输出4.2V充电电压和电流；U2的电流设置和监测端(第2脚)与电阻R7耦接，使能端输出的充电电流的大小为电流设置和监测端的电压Vprog*1200/R7，本实施例中，电阻R7取值1.2K，表示U2芯片电流设置和监测端的电压值在数值上等于向电池PW1充电的电流值。

第一灯光提示电路耦接在第一PMOS管的D极与恒压恒流充电芯片U2的充电完成指示端(第6脚)之间，第一灯光提示电路包括相互串接的电阻R3和发光二极管D2，电阻R3的阻值是1K。第二灯光提示电路耦接在第一PMOS管的D 极与恒压恒流充电芯片U2的充电状态指示端(第7脚)之间，第二灯光提示电路包括相互串接的电阻R5和发光二极管D3，电阻R5的阻值是1K。当电池PW1 在被充电过程中时，U2的第7脚为低电平，第6脚为高电平，此时发光二极管 D3被点亮，发光二极管D2不亮；当电池PW1被充到4.2V时(被充电完成)， U2芯片第6脚为低电平，第7脚变为高电平，此时发光二极管D2灯被点亮，发光二极管D3不亮。

电压监测芯片U1用于对电池PW1进行电压监测。U1的过充监测输出端(第 3脚)与第一NMOS管Q3的G极耦接，过放监测输出端(第1脚)与第二NMOS 管Q3的G极耦接。第一NMOS管Q3的D极与第二NMOS管Q4的D极耦接，第一 NMOS管Q3的S极接地，第二NMOS管Q4的S极与电池PW1的负极耦接。U1的第5脚通过电阻R8后接电池PW1的正极，并通过电容C3接第6脚，第6脚还接电池PW1的负极，U1的第2脚通过电阻R9后接地。电阻R8的阻值是100Ω，电阻R9的阻值是1K，电容C3的阻值是0.1μF。

电池正常充电过程：芯片U1监测电池的电压，当电池在2.3V至4.3V之间时，U1第3脚和第4脚均输出高电平，Q3导通，正常的充电回路为：B+—>B- —>Q4—>Q3—>电源地。当锂电池电压升高到4.4V时，已经达到过充状态，芯片U1启动过充保护：U1第3脚输出低电平，Q3截止，充电回路被断开。

电池正常放电过程：芯片U1监测电池的电压，当电池的电压在2.5V至4.3V 之间时，U1的第1脚和第3脚均输出高电平，Q3和Q4被导通，电池为负载正常供电，正常的放电回路为:B+—>负载—>Q3—>Q4—>B-，放电回路中Q3依靠其内部二极管放电。过放电保护过程：电池对负载进行放电，当电池电压降低到2.3V时，此时电池为过放电状态，此时U1第1脚变为低电平，Q4 截止，电池对负载的放电回路断开。

综上所述，本实施例的锂离子电池充放电保护电路具有外部输入电源过压保护功能，在使用错误的外部充电器时，依然能防止输入电压过高而烧坏内部电路。同时，本实施例的的锂离子电池充放电保护电路还具有防止过分充电和过分放电的保护功能。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池充放电保护电路，包括过充过放保护电路，其特征在于：还包括外部输入电源过压保护电路，所述外部输入电源过压保护电路包括PNP三极管、第一PMOS管、第一稳压管和第二稳压管；PNP三极管的基极分别与外部输入电源和第一稳压管的负极耦接，发射极与外部输入电源耦接，集电极与第一PMOS管的G极相接后接地；第一PMOS管的S极耦接外部输入电源，D极分别与第二稳压管的负极和过充过放保护电路耦接。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池充放电保护电路，其特征在于：所述外部输入电源过压保护电路还包括第一电阻和第四电阻，所述PNP三极管的基极通过第四电阻和第一电阻与外部输入电源耦接，通过第四电阻与第一稳压管的负极耦接，第一稳压管的正极接地。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池充放电保护电路，其特征在于：所述外部输入电源过压保护电路还包括第六电阻，所述PNP三极管的集电极与所述第一PMOS管的G极相接后通过第六电阻接地。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池充放电保护电路，其特征在于：所述外部输入电源过压保护电路还包括第二电阻，所述第一PMOS管的D极通过第二电阻与过充过放保护电路耦接。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池充放电保护电路，其特征在于：所述过充过放保护电路包括恒压恒流充电芯片、电压监测芯片、第一NMOS管和第二NMOS管；恒压恒流充电芯片的电源输入端与第一PMOS管的D极耦接，使能端与电池正极耦接；电压监测芯片的过充监测输出端与第一NMOS管的G极耦接，过放监测输出端与第二NMOS管的G极耦接；第一NMOS管的D极与第二NMOS管的D极耦接，第一NMOS管的S极接地，第二NMOS管的S极与电池的负极耦接。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池充放电保护电路，其特征在于：所述过充过放保护电路还包括第一灯光提示电路和第二灯光提示电路，第一灯光提示电路耦接在第一PMOS管的D极与恒压恒流充电芯片的充电完成指示端之间，第二灯光提示电路耦接在第一PMOS管的D极与恒压恒流充电芯片的充电状态指示端之间。

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