CN215419688U - 一种宽电压的蓄电池保护电路及蓄电池 - Google Patents

一种宽电压的蓄电池保护电路及蓄电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种宽电压的蓄电池保护电路及蓄电池，所述蓄电池保护电路包括过充保护电路，所述过充保护电路包括充电电压调节单元、充电限流单元和场效应管M1，所述充电电压调节单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的栅极，所述充电限流单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的漏极，所述场效应管M1的源极连接所述蓄电池。本实用新型的过充保护电路在蓄电池充满后，通过关断场效应管实现充电电路的关断，避免过充造成的电池损坏等负面影响；过放保护电路中设置两个门限电压，可以在蓄电池电压低时关断输出，同时防止蓄电池负载切断时出现电压振荡，且两个门限电压通过电路参数的变更可以改变，实现宽电压应用。

Description

一种宽电压的蓄电池保护电路及蓄电池
技术领域
本实用新型涉及蓄电池管理技术领域，尤其是一种宽电压的蓄电池保护电路及蓄电池。
背景技术
目前越来越多的设备开始使用蓄电池作为后备电源。在电网断电后，由后备电池开对设备进行供电。
蓄电池都有一个安全使用的电压区间，最高电压和最低电压俗称充放电终止电压或充放电截止电压，当电池的实际工作电压长时间低于放电截止电压或者长时间高于充电终止电压时，电池内部将发生不可逆转的伤害，严重伤害电池，性能下降，甚至会引发起火。
对于电池组而然，单元电池的过充和过放问题极易被忽视，即使有一两个单元发生了过充和过放问题也不会在整组上明显表现出来，因此电池组更容易发生过充和过放的问题。
但是目前集成电池充放保护电路电压范围较窄，针对电压较高的电池组保护无法很好的应用，因此一种宽电压电池充放电保护电路需求愈发明显。
实用新型内容
本实用新型提供了一种宽电压的蓄电池保护电路，用于解决现有蓄电池保护电压较窄的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
本实用新型第一方面提供了一种宽电压的蓄电池保护电路，所述蓄电池保护电路包括过充保护电路，所述过充保护电路包括充电电压调节单元、充电限流单元和场效应管M1，所述充电电压调节单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的栅极，所述充电限流单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的漏极，所述场效应管M1的源极连接所述蓄电池。
进一步地，所述充电电压调节单元包括电阻R2和R3，所述电阻R2的一端连接所述充电电源，另一端分别连接电阻R3的一端和场效应管M1的栅极，所述电阻R3的另一端接地。
进一步地，所述充电限流单元包括二极管D1和电阻R1，所述二极管D1的正极连接所述充电电源，负极连接所述电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接场效应管M1的漏极。
进一步地，所述蓄电池保护电路还包括二极管D2，所述二极管D2的正极连接所述场效应管M1的漏极，负极连接所述二极管D1的负极。
进一步地，所述蓄电池保护电路还包括过放保护电路，所述过放保护电路包括第一分压单元、第二分压单元、放大器U2和导通控制单元，所述第一分压单元连接放大器U2的同相端，所述第二分压单元连接放大器U2的反相端，所述放大器U2的输出端通过所述导通控制单元连接负载。
进一步地，所述蓄电池保护电路还包括稳压单元，所述稳压单元连接所述第一分压单元或第二分压单元。
进一步地，所述第一分压单元包括电阻R5和电阻R6，电阻R5的一端连接蓄电池电源，另一端分别连接电阻R6的一端和放大器U2的同相端，所述电阻 R6的另一端接地。
进一步地，所述稳压单元包括电阻R4和稳压器U1，所述第二分压单元包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电阻R4的一端连接蓄电池电源，另一端分别连接电阻R7的一端和稳压器U1的负极，稳压器U1的正极接地，电阻R7的另一端分别连接放大器U2的反相端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端通过电阻R9接地。
进一步地，所述导通控制单元包括场效应管M2、场效应管M3、三极管Q1、电阻R10、电阻R11以及电阻R12；所述放大器U2的输出端分别连接电阻R10 的一端、电阻R11的一端和场效应管M2的栅极，所述电阻R10的另一端连接蓄电池电源，电阻R11的另一端连接三极管Q1的基极，所述场效应管M2的源极接地，漏极连接电阻R9的一端，所述三极管Q1的发射极接地，集电极分别连接电阻R12的一端和场效应管M3的栅极，所述场效应管M3的源极分别连接电阻R12的另一端和蓄电池电源，漏极连接负载RL。
本实用新型第二方面提供了一种蓄电池，所述蓄电池设有所述的蓄电池保护电路。
实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本实用新型的过充保护电路在蓄电池充满后，通过关断场效应管实现充电电路的关断，避免过充造成的电池损坏等负面影响；过放保护电路中设置两个门限电压，可以在蓄电池电压低时关断输出，同时防止蓄电池负载切断时出现电压振荡，且两个门限电压通过电路参数的变更可以改变，实现宽电压应用。电路采用常用的场效应管、放大器及电阻等器件实现，占用PCB空间小，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型所述蓄电池保护电路的电路图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/ 或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
如图1所示，本实用新型一种宽电压的蓄电池保护电路，包括过充保护电路和过放保护电路。
所述过充保护电路包括充电电压调节单元、充电限流单元和场效应管M1，所述充电电压调节单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的栅极，所述充电限流单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的漏极，所述场效应管M1的源极连接所述蓄电池。
所述充电电压调节单元包括电阻R2和R3，所述电阻R2的一端连接所述充电电源，另一端分别连接电阻R3的一端和场效应管M1的栅极，所述电阻R3 的另一端接地。
所述充电限流单元包括二极管D1和电阻R1，所述二极管D1的正极连接所述充电电源，负极连接所述电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接场效应管M1 的漏极。
所述蓄电池保护电路还包括二极管D2，所述二极管D2的正极连接所述场效应管M1的漏极，负极连接所述二极管D1的负极。
过充保护电路的工作原理为：通过调节电阻R2和电阻R3的阻值来调整场效应管(MOS管，本实施例中采用了NMOS)M1的栅极电压，此电压可以控制MOS 管的截止电压，通过控制此电压可以控制电池的充电最大电压，当充电电源VIN 有输入时，MOS管M1的栅极电压为
Figure BDA0003217114000000041
MOS管M1源极电压为电池两端的电压值，当电池没有电时，MOS管M1导通，VIN通过限流电阻R1给蓄电池BT1 充电，当电池两端的电压达到
Figure BDA0003217114000000042
时，其中Vgs(th)为MOS管的开启电压，MOS管M1截止，电池停止充电，从而完成整个电池充电流程。
当电源停止输出时，Vgs<Vgs(th),其中Vgs为栅源之间的电压，MOS管M1截止，由于M1体二极管的存在，电池开始通过M1的体二极管和二极管D2给后端供电，由于D2的存在，使输出电流不受R1的限制，从而开始放电过程。
过放保护电路包括第一分压单元、第二分压单元、放大器U2和导通控制单元，所述第一分压单元连接放大器U2的同相端，所述第二分压单元连接放大器 U2的反相端，所述放大器U2的输出端通过所述导通控制单元连接负载。
所述蓄电池保护电路还包括稳压单元，所述稳压单元连接所述第一分压单元或第二分压单元。为了使放大器U2同相端与反相端的输入电压能够更简便的调节比较，采用稳压单元将同相端或反相端之一的电压固定。本实用新型以下实施例中以稳压单元连接第二分压电源为例进行说明。
所述第一分压单元包括电阻R5和电阻R6，电阻R5的一端连接蓄电池电源，另一端分别连接电阻R6的一端和放大器U2的同相端，所述电阻R6的另一端接地。
所述稳压单元包括电阻R4和稳压器U1，所述第二分压单元包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电阻R4的一端连接蓄电池电源，另一端分别连接电阻 R7的一端和稳压器U1的负极，稳压器U1的正极接地，电阻R7的另一端分别连接放大器U2的反相端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端通过电阻R9接地。
所述导通控制单元包括场效应管M2、场效应管M3、三极管Q1、电阻R10、电阻R11以及电阻R12；所述放大器U2的输出端分别连接电阻R10的一端、电阻R11的一端和场效应管M2的栅极，所述电阻R10的另一端连接蓄电池电源，电阻R11的另一端连接三极管Q1的基极，所述场效应管M2的源极接地，漏极连接电阻R9的一端，所述三极管Q1的发射极接地，集电极分别连接电阻R12 的一端和场效应管M3的栅极，所述场效应管M3的源极分别连接电阻R12的另一端和蓄电池电源，漏极连接负载RL。
过放保护电路的工作原理为：为了避免电池过放关断过程中产生重复“断开一接通一断开一接通”的振荡过程，因此电路设计了两个门限电压VTHL和VTHH，蓄电池电压VBT通过限流电阻R4与稳压器U1相连，从而使U1产生稳定的电压 VREF，VREF通过R7、R8和R9的分压进入放大器U2的反相端VU2-，电阻R5和R6 分压后得到电压
Figure BDA0003217114000000061
进入放大器U2的同相端。当电池正常放电时，通过设置合适的电阻参数，使VU2+>VU2-，因此放大器U2输出高电平，MOS管M2 导通，电阻R9近似被短路，因此常态下的电池放电门限电压为
Figure BDA0003217114000000062
三极管Q1导通从而使MOS管M3正常导通，给后端的负载RL供电。随着电池电压逐渐减低，进入运放的同相端VU2+<VU2-，从而运放的输出变为低电平，三极管 Q1截止，MOS管M3关断，从而断开负载RL，同时M2截止，R9短路恢复。因此放大器U1反相端的
Figure BDA0003217114000000063
可以看出VTHL<VTHH。此时负载断开，基于蓄电池特性，蓄电池端电压VBT会迅速升高至VTHL以上，但由于达不到VTHH，放大器U2的仍然输出低电平，避免了放电关断过程中产生重复“断开一接通一断开一接通”的振荡过程。
当电池电压随着充电逐渐上升，放大器U2同相端电压VU2+也逐渐上升，当 VU2+>VU2-＝VTHH时，放大器U2恢复输出高电平，三极管Q1、MOS管M3导通，从而恢复对负载的供电，同时M2导通，R9近似被短路，放大器U2反相端恢复
Figure BDA0003217114000000064
Figure BDA0003217114000000065
从而完成了一整个过放保护过程。
本实用新型的蓄电池保护电路实现了充放电自管理，充满后自动切断充电回路，保证电池不损坏，还可有效控制充电电流，进一步减少电路体积、热功耗和成本。过放保护电路中只需改变部分电阻的阻值，即可设置任意的导通和关断门限电压，防止出现关断负载时的振荡。且采用离散器件，相比集成电路，成本更低。
本实用新型还提供了设有上述蓄电池保护电路的一种蓄电池。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述蓄电池保护电路包括过充保护电路，所述过充保护电路包括充电电压调节单元、充电限流单元和场效应管M1，所述充电电压调节单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的栅极，所述充电限流单元分别连接充电电源和所述场效应管M1的漏极，所述场效应管M1的源极连接所述蓄电池。
2.根据权利要求1所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述充电电压调节单元包括电阻R2和R3，所述电阻R2的一端连接所述充电电源，另一端分别连接电阻R3的一端和场效应管M1的栅极，所述电阻R3的另一端接地。
3.根据权利要求1所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述充电限流单元包括二极管D1和电阻R1，所述二极管D1的正极连接所述充电电源，负极连接所述电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接场效应管M1的漏极。
4.根据权利要求3所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述蓄电池保护电路还包括二极管D2，所述二极管D2的正极连接所述场效应管M1的漏极，负极连接所述二极管D1的负极。
5.根据权利要求1所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述蓄电池保护电路还包括过放保护电路，所述过放保护电路包括第一分压单元、第二分压单元、放大器U2和导通控制单元，所述第一分压单元连接放大器U2的同相端，所述第二分压单元连接放大器U2的反相端，所述放大器U2的输出端通过所述导通控制单元连接负载。
6.根据权利要求5所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述蓄电池保护电路还包括稳压单元，所述稳压单元连接所述第一分压单元或第二分压单元。
7.根据权利要求6所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述第一分压单元包括电阻R5和电阻R6，电阻R5的一端连接蓄电池电源，另一端分别连接电阻R6的一端和放大器U2的同相端，所述电阻R6的另一端接地。
8.根据权利要求7所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述稳压单元包括电阻R4和稳压器U1，所述第二分压单元包括电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电阻R4的一端连接蓄电池电源，另一端分别连接电阻R7的一端和稳压器U1的负极，稳压器U1的正极接地，电阻R7的另一端分别连接放大器U2的反相端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端通过电阻R9接地。
9.根据权利要求8所述宽电压的蓄电池保护电路，其特征是，所述导通控制单元包括场效应管M2、场效应管M3、三极管Q1、电阻R10、电阻R11以及电阻R12；所述放大器U2的输出端分别连接电阻R10的一端、电阻R11的一端和场效应管M2的栅极，所述电阻R10的另一端连接蓄电池电源，电阻R11的另一端连接三极管Q1的基极，所述场效应管M2的源极接地，漏极连接电阻R9的一端，所述三极管Q1的发射极接地，集电极分别连接电阻R12的一端和场效应管M3的栅极，所述场效应管M3的源极分别连接电阻R12的另一端和蓄电池电源，漏极连接负载RL。
10.一种蓄电池，其特征是，所述蓄电池设有权利要求1-9任一项所述的蓄电池保护电路。
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