CN214707196U - 一种放电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种放电保护电路，连接在超级电容或电池的正端与充放电电路主控芯片的使能脚EN之间，包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1～C3、电阻R1～R8，稳压源U1检测超级电容或电池两端的电压，若是该电压低于设定的预设值，则主控制芯片的使能脚将会被拉低，整个充放电电路不会工作，从而实现对超级电容或电池的过放保护。与常见的电池充放电电路相比，本实用新型器件选型容易，电路简单，选用的MOS管Q1和三极管Q2均为低压小电流器件，可以节省空间，节约成本。

Description

一种放电保护电路

技术领域

本实用新型涉及放电保护技术领域，尤其涉及一种超级电容或电池的放电保护电路。

背景技术

超级电容，是一种通过极化电解质储能的电化学元件，介于传统电容器和电池之间的特殊电源，具有功率密度高、充放电时间短、寿命长、工作温度范围宽等优点。但是，其峰值电流受内阻限制，小尺寸超级电容耐压低一般是2.5～2.7V，剧烈充放电或过冲电压均会导致超级电容寿命降低或损坏。

电池在日常生活中不可或缺，随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以其优异的性能在电池产品中得到广泛应用，并在逐步向其他产品应用领域发展。电池芯在电压过充或过放时都会破坏电池的材料，让电池的容量产生永久性的下降，更甚会使电池外壳破裂；锂离子电池内部发生化学反应，令电池正负极短路，引发爆炸。

一般情况下，无论是超级电容，还是电池，其充放电电路中都会设置了用于防止电压过充或过放的保护电路，对超级电容或是电池提供保护作用，这样不仅对后端负载的损伤降低，还会加强了超级电容或电池的寿命。目前，利用各种电子元器件组成的防止电池过放电的放电保护电路也得到普遍应用。如CN201010147371.4公开了一种能自锁的电池放电保护电路，由基准电路、欠压检测电路、充电检测电路、保护自锁电路、保护输出电路五个部分组成。欠压检测电路检测到电池低压输出电池欠压信号，触发保护自锁电路形成自锁控制保护输出电路关断输出，当对电池进行充电时，充电检测电路检测输出充电信号触发保护自锁电路解锁控制保护输出电路开启输出。

但是这些现有保护电路采用多个分立的线性运算放大器集成电路和与非门等逻辑集成电路组成电压检测比较和控制信号回路，导致成本高、体积大等缺陷。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种简单的放电保护电路，既可以避免超级电容或电池过放的问题，又可以节省空间、节约成本。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

第一种技术方案，一种放电保护电路，包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

第二种技术方案，一种放电保护电路，包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极、电阻R4的一端和电阻R5的一端，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

第三种技术方案，一种放电保护电路，包括稳压源U1、稳压源U2、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、电容C1的一端、稳压源U2的采样端和输出端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，稳压源U2的输入端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

第四种技术方案，一种放电保护电路，包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、二极管D2的阴极和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，二极管D2的阳极连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

优选地，上述技术方案所述的MOS管Q1、三极管Q2可以为MOS管、三极管，也可以根据需求选择其他开关器件。

本实用新型的工作原理后面会结合具体实施例进行详细说明，此处不赘述，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)与常见的电池充放电电路相比，本实用新型器件选型容易，电路简单，由于MOS管Q1和三极管Q2均为低压小电流器件，可以节省空间，节约成本；

(2)由于在放电过程中，放电电路不断处于开关状态，超级电容或电池上的电压波动较大，而二极管D1和电容C1的存在能够有效解决电容放电过程中纹波较大而造成检测不准确的问题。

附图说明

图1为本实用新型一种放电保护电路第一实施例的原理图；

图2为本实用新型一种放电保护电路第二实施例的原理图；

图3为本实用新型一种放电保护电路第三实施例的原理图；

图4为本实用新型一种放电保护电路第四实施例的原理图。

具体实施方式

第一实施例

图1为本实用新型第一实施例的原理图，放电保护电路包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8。

其连接关系如下：

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

本实施例的放电保护电路的工作原理为：

稳压源U1一般情况下使用TL431，内部设有参考值，稳压源U1的采样端采样电阻R2端的电压，超级电容或电池的电压Hv经过电阻R1和电阻R2进行分压，因此通过设定电阻R1和电阻R2的阻值可以设定放电保护电路的欠压预设值。

当超级电容或电池的电压Hv低于预设值时，稳压源U1输出端为高电平，MOS管Q1栅极和三极管Q2基极均为高电平，MOS管Q1和三极管Q2导通，由于MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，MOS管Q1导通后，使能脚EN被拉低，主控芯片不工作，从而防止超级电容或电池的过放。三极管Q2、电阻R6和电阻R7构成回差电路，当三极管Q2导通时，电阻R3接入电路中，稳压源U1采样端采样的电压是电阻R2和电阻R3并联后的电压。该回差电路可以有效避免在放电保护的过程中，由于超级电容或电池的电压回升了一点导致放电回路又接通了的问题。

当超级电容或电池的电压Hv高于预设值时，稳压源U1输出端为低电平，MOS管Q1栅极和三极管Q2基极均为低电平，MOS管Q1和三极管Q2不导通，因此主控芯片使能脚EN为高电平，充放电电路可以正常工作。

由于在放电过程中，放电保护电路不断处于开关状态，超级电容或电池上的电压波动较大，而二极管D1和电容C1的作用可以避免超级电容或电池在正常放电过程中纹波较大而使得放电保护电路工作不稳定。由于二极管D1和电容C1的存在，稳压源U1的采样电压较为平缓，采样更为准确。

本实用新型MOS管Q1和三极管Q2均为低压小电流器件，稳压源U1选用TL431，其余为电容电阻器件，与目前现有的通过多个线性放大器来实现放电保护的电路相比，本实用新型电路成本很低，具有极高的产品实用和商业价值。

第二实施例

如图2所示，为实用新型第二实施例的原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：二极管D1的位置发生改变，连接关系变为二极管D1的阳极与输入端HV、电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，二极管D1的阴极与电阻R1的一端和电容C1的一端连接，其它连接关系不变。

本实施例只是更改了二极管D1的位置，不影响放电保护电路功能，其工作原理与第一实施例一致，不再赘述。

第三实施例

如图3所示，为实用新型第三实施例的原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：用稳压源U2替代电阻R5，稳压源U2的采样端和输出端与电阻R4的一端、电阻R1的一端和电容C1的一端连接，稳压源U2的输出端与MOS管Q1栅极、电阻R8的一端和电阻R6的一端连接，其它连接关系不变。

本实施例由于超级电容放电电压比较低，稳压源U2一般情况下可以采用采样端电压为1.25V的TL432芯片，其工作原理与第一实施例一致，不再赘述。

第四实施例

如图4所示，为实用新型第四实施例的原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：用二极管D2替代电阻R5，二极管D2的阴极与电阻R4的一端、电阻R1的一端和电容C1的一端连接，二极管D2的阳极与MOS管Q1栅极、电阻R8的一端和电阻R6的一端连接，其它连接关系不变。

本实施例由于超级电容放电电压比较低，二极管D2一般情况下需要采用稳压值很低的稳压管，其工作原理与第一实施例一致，不再赘述。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种放电保护电路，其特征在于：包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

2.一种放电保护电路，其特征在于：包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极、电阻R4的一端和电阻R5的一端，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，电阻R5的另一端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

3.一种放电保护电路，其特征在于：包括稳压源U1、稳压源U2、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、电容C1的一端、稳压源U2的采样端和输出端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，稳压源U2的输入端连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

4.一种放电保护电路，其特征在于：包括稳压源U1、MOS管Q1、三极管Q2、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

超级电容或电池的正端作为放电保护电路的输入端HV，连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电阻R1的一端、电阻R4的一端、二极管D2的阴极和电容C1的一端，稳压源U1的输出端连接电容C2的一端和电阻R4的另一端，稳压源U1的采样端连接电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端、电容C2的另一端和电容C3的一端，稳压源U1的输入端和电容C3的另一端接地，二极管D2的阳极连接MOS管Q1的栅极、电阻R6的一端和电阻R8的一端，MOS管Q1的漏极连接超级电容或电池充放电电路主控芯片的使能脚EN，电阻R8的另一端和MOS管Q1的源极接地，电阻R6的另一端连接三极管Q2的基极和电阻R7的一端，三极管Q2的发射极和电阻R7的另一端接地，三极管Q2的集电极连接电阻R3的另一端，电容C1的另一端和电阻R2的另一端接地。

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