CN216771933U - 一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路。它包括AC/DC功率变换模块、欠压和过压选通模块、DC/DC功率变换模块，所述AC/DC功率变换模块的一端连接电网，AC/DC功率变换模块的另一端连接欠压和过压选通模块的一端，欠压和过压选通模块的另一端连接DC/DC功率变换模块的一端，DC/DC功率变换模块的另一端连接电池。本实用新型采用纯硬件电路搭建，结构简单可靠，更好的为DC/DC功率变换模块提供有效母线BUS+电压，避免因BUS+欠压造成DC/DC功率变换模块异常或BUS+过压损坏DC/DC功率变换器模块和电池甚至引发事故的安全隐患，保证了回馈型电池测试设备的安全可靠性。

Description

一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路

技术领域

本实用新型属于电池测试技术领域，具体涉及一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路。

背景技术

一般的电池测试设备主要将电网的交流电转换直流电为电池提供能量，而回馈型电池测试设备具有能量的双向流动性，即电池充电时，电网通过电池测试设备将交流电转换为直流电为电池提供能量；电池放电时，电池通过电池测试设备将直流电转换为交流电，将能量回馈到电网中，这种回馈型电池测试设备的能量双向流动性，有效提高了能源利用率，目前广泛应用于电池测试领域中。

回馈型电池测试设备内部能量变换一般分为前级和后级两级，前级为AC/DC功率变换，主要将交流电压转换为一个可靠稳定的直流母线电压，此电压称之为BUS+；后级为DC/DC功率变换，主要将BUS+转换为电池电压。由于不同电池电压存在差异，且电池充电和放电过程中电压也会变化，为更好的适应不同电压的电池，对DC/DC功率变换可控性要求就更高，这就要求电压BUS+更加稳定可靠。当AC/DC功率变换工作异常，可能造成直流BUS+低于或高于所需电压的有效范围，如果BUS+电压过低，可能导致DC/DC功率变换无法工作或工作异常，无法实现正常充放电功能，而如果BUS+过高，可能损坏DC/DC功率变换电路的器件，严重时出现短路使得BUS+直连电池，损坏电池甚至引发安全事故。

对于出现BUS+电压异常的情况，现有的电池测试设备一般采用硬件采样、放大电路和软件保护的方式，即通过采样电路、放大电路将BUS+的值按照比例缩小送入微控制器，微控制器根据所得值进行软件判别，当识别BUS+欠压或过压时，进而关闭DC/DC功率变换，这种方法对于BUS+欠压时可以正常使用，但当BUS+过压超出DC/DC功率变换器件耐压值，将会导致器件损坏和微控制器供电异常，进而过压保护失效，严重时可能导致电池损坏或安全事故的发生。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路。

本实用新型采用的技术方案是：一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，包括AC/DC功率变换模块、欠压和过压选通模块、DC/DC功率变换模块，所述AC/DC功率变换模块的一端连接电网，AC/DC功率变换模块的另一端连接欠压和过压选通模块的一端，欠压和过压选通模块的另一端连接DC/DC功率变换模块的一端，DC/DC功率变换模块的另一端连接电池。

进一步地，所述欠压和过压选通模块包括MOS管Q1、MOS管Q2、欠压检测电路、过压电测电路和基准电压电路，

所述MOS管Q1的D极连接AC/DC功率变换模块的另一端，所述MOS管Q2的D极连接DC/DC功率变换模块的一端；

所述MOS管Q1的G极和MOS管Q2的G极均连接欠压检测电路和过压电测电路的输出端，所述MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的S极，MOS管Q1的G极与MOS管Q1的S极之间连接电阻R1，MOS管Q1的G极经电阻R5连接电源；

所述欠压检测电路的同相输入端和过压电测电路的反相输入端均连接AC/DC功率变换模块的另一端，所述欠压检测电路的反相输入端和过压电测电路的同相输入端均连接基准电压电路的输出端，基准电压电路的输入端连接电源。

进一步地，所述欠压检测电路包括电压比较器U1A、电阻R3、电阻R4、二极管D2和电容C2，所述电压比较器U1A的同相输入端通过电阻R3接地、通过电阻R4连接AC/DC功率变换模块的另一端，电压比较器U1A的反相输入端连接基准电压电路的输出端和电容C2一端，电容C2另一端接地，电压比较器U1A的输出端连接二极管D2阴极，二极管D2阳极连接MOS管Q1的G极。

进一步地，所述欠压检测电路还包括电阻R2和发光二极管D1，所述电阻R2一端连接电源、另一端连接发光二极管D1的阳极，发光二极管D1的阴极连接电压比较器U1A的输出端。

进一步地，所述过压电测电路包括电压比较器U1B、电阻R8、电阻R9、二极管D5和电容C5，所述电压比较器U1B的反相输入端通过电阻R8连接AC/DC功率变换模块的另一端、通过电阻R9连接地，电压比较器U1B的同相输入端连接基准电压电路的输出端和电容C5一端，电容C5另一端接地，电压比较器U1B的输出端连接二极管D5阴极，二极管D5阳极连接MOS管Q1的G极。

进一步地，所述过压检测电路还包括电阻R6和发光二极管D3，所述电阻R6一端连接电源、另一端连接发光二极管D3的阳极，发光二极管D3的阴极连接电压比较器U1B的输出端。

更进一步地，所述基准电压电路包括基准器D4、电阻R7、电容C3和电容C4，所述基准器D4的阴极和参考极作为基准电压电路的输出端连接欠压检测电路的反相输入端和过压电测电路的同相输入端，基准器D4的阴极通过电阻R7连接电源，基准器D4的阳极接地，所述电容C3一端连接电源、另一端接地，所述电容C4一端连接基准器D4的阴极、另一端接地。

本实用新型针对AC/DC功率变换模块的直流母线(BUS+)设定欠压点和过压点，只有BUS+的值处于欠压点和过压点之间(即欠压点<BUS+<过压点)，才能选择性通过欠压和过压选通电路为DC/DC功率变换模块提供母线电压，而对于BUS+的值小于欠压点或大于过压点，均无法通过欠压和过压选通电路，该电路采用纯硬件电路搭建，结构简单可靠，更好的为DC/DC功率变换模块提供有效母线BUS+电压，避免因BUS+欠压造成DC/DC功率变换模块异常或BUS+过压损坏DC/DC功率变换器模块和电池甚至引发事故的安全隐患，保证了回馈型电池测试设备的安全可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的电路连接框图。

图2为本实用新型欠压和过压选通电路的电路图。

图中，1-电网；2-AC/DC功率变换模块；3-欠压和过压选通模块；4-DC/DC功率变换模块；5-电池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示，本实用新型提供一种用于回馈型电池测试设备的直流母线欠压和过压选通电路，包括电网1、AC/DC功率变换模块2、欠压和过压选通模块3、DC/DC功率变换模块4、电池5。所述AC/DC功率变换模块2的一端与电网1连接，所述AC/DC功率变换2的另一端(BUS+)通过欠压和过压选通模块3、DC/DC功率变换模块4为电池5提供能量。

上述方案中，所述AC/DC功率变换模块2主要将交流电压转换为直流母线电压BUS+，主要是由变压器、二极管、功率MOS管、电容、功率电感、微控制器等构成的常规的电路；所述DC/DC功率变换模块4主要将BUS+电压转换为电池电压，为电池进行充放电，主要是由电容、功率MOS管、功率电感、二极管、微控制器、数模转换芯片等组成的常规的电路，在此不做具体描述。

上述方案中，所述回馈型电池测试设备和电池5的电流流向为：电池充电时，电网1输出交流给AC/DC功率变换模块2，AC/DC功率变换模块2将交流转换为直流依次通过欠压和过压选通模块3、DC/DC功率变换模块4为电池5充电；电池放电时，电池5电流依次通过DC/DC功率变换模块4、欠压和过压选通模块3流向BUS+，由AC/DC功率变换模块2转换为交流电流回馈至电网中，对于具体功能在此不做详细描述。

如图2所示，所述欠压和过压选通模块3包括MOS管Q1、MOS管Q2、欠压检测电路、过压电测电路和基准电压电路。

所述MOS管Q1的D极与BUS+连接，MOS管Q1的S极与MOS管Q2的S极连接，所述MOS管Q2的D极与DC/DC功率变换模块输入端连接，所述MOS管Q1和MOS管Q2的G极保持连接，且G极通过电阻R1连接到S极，所述MOS管Q1和MOS管Q2组成了“背靠背模式”，有效保证MOS管关断态无正向(充电)和负向电流(放电)通过。所述MOS管Q1和MOS管Q2为N沟道MOS管，具有一定的导通阈值电压V_GS(th)，即当V_GS>V_GS(th)时，MOS管DS极导通，否则关断。所述电阻R1起固定偏置的作用，一般取kΩ数量级，这里取10kΩ，为电压V_GS提供有效开通和关断偏置电压。

所述基准电压电路包括基准器D4、电阻R7、电容C3和电容C4，基准器D4为精密可编程基准器，基准器D4的阴极和参考极作为基准电压电路的输出端连接欠压检测电路的反相输入端和过压电测电路的同相输入端，基准器D4的阴极通过电阻R7连接电源，基准器D4的阳极接地，所述电容C3一端连接电源、另一端接地，所述电容C4一端连接基准器D4的阴极、另一端接地，电源为+15V电源。

精密可编程基准器是一种可调分流调节器，起调节电压和控制电流的作用，其REF端(参考极)内置2.5V基准电压，按照图2中接法，可输出电压+2.5V，输出电流I_REF＝(15-2.5)/R7＝12.5/R7；所述电容C3和电容C4起滤波和稳压作用；所述电阻R7起分压和限流的作用。

所述欠压检测电路包括电压比较器U1A、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D2、电容C1、电容C2和发光二极管D1，所述电压比较器U1A的同相输入端3脚通过电阻R4连接BUS+和通过电阻R3连接GND；所述电压比较器U1A的反相输入端2脚连接+2.5V，并通过电容C2连接到GND；所述电压比较器U1A的输出端1脚连接发光二极管D1的阴极和连接二极管D2的阴极；发光二极管D1的阳极通过R2连接+15V；二极管D2的阳极连接所述MOS管Q1、MOS管Q2的G极和通过电阻R5连接+15V；所述电压比较器U1A的正极供电8脚连接+15V，并通过电容C1连接到GND；所述电压比较器U1A的负极供电4脚连接GND。所述电阻R4、电阻R3将BUS+电压进行比例缩小R3*/(R3+R4)倍，进而将U_R3与+2.5V比较；所述电压比较器U1A与其外围电阻电容等构成欠压检测电路，当电阻R3电压U_R3<+2.5V时，所述电压比较器U1A输出端1脚电压为0V，此时二极管D2阳极电压被钳位在0V(忽略二极管D2导通压降)，则此时MOS管Q1、MOS管Q2被关断；所述发光二极管D1作为欠压指示灯，BUS+欠压时即电压比较器U1A输出端1脚电压为0V，所述发光二极管D1导通发光；所述电阻R2起上拉分压和限流的作用；所述电容C1、电容C2主要起稳压和滤波的作用；所述电阻R5为驱动电阻，起限流的作用，一般取Ω数量级，这里取10Ω。

所述过压电测电路包括电压比较器U1B、电阻R6、电阻R8、电阻R9、二极管D5、电容C5和发光二极管D3，所述电压比较器U1B的同相输入端5脚连接+2.5V，并通过电容C5连接到GND；所述电压比较器U1B的反相输入端6脚通过电阻R8连接BUS+和通过电阻R9连接GND；所述电压比较器U1A的输出端7脚连接发光二极管D3的阴极和连接二极管D5的阴极；发光二极管D3的阳极通过R6连接+15V；二极管D5的阳极连接所述MOS管Q1和MOS管Q2的G极和通过电阻R5连接+15V，同时二极管D5、二极管D2的阳极保持连接。所述电阻R8、电阻R9将BUS+电压进行比例缩小R9*/(R8+R9)倍，进而将UR9与+2.5V比较；所述电压比较器U1B与其外围电阻电容等构成过压检测电路，当电阻R9电压U_R9>+2.5V时，所述电压比较器U1B输出端7脚电压为0V，此时二极管D5阳极电压被钳位在0V(忽略二极管D5导通压降)，则此时MOS管Q1、MOS管Q2被关断；所述发光二极管D3作为过压指示灯，BUS+过压时即电压比较器U1B输出端7脚电压为0V，所述发光二极管D1导通发光；所述电阻R6起上拉分压和限流的作用；所述电容C5主要起稳压和滤波的作用；所述电压比较器U1A和U1B为同一个电压比较器的两路，均由8脚(+15V)和4脚(GND)供电，其工作原理为：同相输入端电压大于反向输入端电压时，输出为高+15V，同相输入端电压小于等于反向输入端电压时，输出为低0V。

如图2所示，设定二极管D2、二极管D5导通压降为0.2V，MOS管Q1、MOS管Q2的V_GS(th)＝2V，母线BUS+电压正常为+10V，欠压和过压选通范围为+9.5V<BUS+<10.5V，对于欠压检测电路，欠压点为+9.5V，对应有R3/(R3+R4)＝2.5/9.5，则得出R4＝2.8*R3；对于过压检测电路，过压点为+10.5V，对应有R9/(R8+R9)＝2.5/10.5，则得出R8＝3.2*R9。

本实用新型的具体工作原理如下：

当BUS+电压为+8V时，此时U_R3＝8*R3*/(R3+R4)＝8*

R3*/(R3+2.8*R3)＝2.105V<2.5V，则电压比较器U1A输出U_OUTA＝0V；U_R9＝8*R9*/(R8+R9)＝8*R9*/(3.2*R9+R9)＝1.905V<2.5V，则电压比较器U1B输出U_OUTB＝+15V。此时，二极管D2将MOS管Q1、MOS管Q2的G极电压钳位到0.2V<V_GS(th)＝2V，MOS管Q1、MOS管Q2为关断状态，BUS+与DC/DC功率变换断开，发光二极管D1导通发光，告警BUS+为欠压态。而二极管D5由于其单向导通特性，阴极+15V对MOS管Q1、MOS管Q2的G极不起作用，发光二极管D3阳极和阴极电压相等，此时为不亮态。

当BUS+电压为+10V时，此时U_R3＝10*R3*/(R3+R4)＝10*

R3*/(R3+2.8*R3)＝2.632V>2.5V，则电压比较器U1A输出U_OUTA＝+15V；U_R9＝10*R9*/(R8+R9)＝10*R9*/(3.2*R9+R9)＝2.381V<2.5V，则电压比较器U1B输出U_OUTB＝+15V。此时，二极管D2、D5由于其单向导通特性，阴极+15V与MOS管Q1、MOS管Q2的G极不通，发光二极管D1、D3阳极和阴极电压相等，此时均为不亮态，MOS管Q1、MOS管Q2的G极驱动电压由R5连接到的+15V提供，此时MOS管Q1、MOS管Q2导通，BUS+＝+10V与DC/DC功率变换连接，此时S极电压为+10V，V_GS＝15-10＝5V>V_GS(th)＝2V，可有效维持MOS管Q1、MOS管Q2保持开通状态。

当BUS+电压为+11V时，此时U_R3＝11*R3*/(R3+R4)＝11*

R3*/(R3+2.8*R3)＝2.895V>2.5V，则电压比较器U1A输出U_OUTA＝+15V；U_R9＝11*R9*/(R8+R9)＝11*R9*/(3.2*R9+R9)＝2.619>2.5V，则电压比较器U1B输出U_OUTB＝0V。此时，二极管D5将MOS管Q1、MOS管Q2的G极电压钳位到0.2V<V_GS(th)＝2V，MOS管Q1、MOS管Q2为关断状态，BUS+与DC/DC功率变换断开，发光二极管D3导通发光，告警BUS+为过压态。而二极管D2由于其单向导通特性，阴极+15V对MOS管Q1、MOS管Q2的G极不起作用，发光二极管D1阳极和阴极电压相等，此时为不亮态。

以上仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：包括AC/DC功率变换模块、欠压和过压选通模块、DC/DC功率变换模块，所述AC/DC功率变换模块的一端连接电网，AC/DC功率变换模块的另一端连接欠压和过压选通模块的一端，欠压和过压选通模块的另一端连接DC/DC功率变换模块的一端，DC/DC功率变换模块的另一端连接电池。

2.根据权利要求1所述的用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：所述欠压和过压选通模块包括MOS管Q1、MOS管Q2、欠压检测电路、过压电测电路和基准电压电路，

所述MOS管Q1的D极连接AC/DC功率变换模块的另一端，所述MOS管Q2的D极连接DC/DC功率变换模块的一端；

所述MOS管Q1的G极和MOS管Q2的G极均连接欠压检测电路和过压电测电路的输出端，所述MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的S极，MOS管Q1的G极与MOS管Q1的S极之间连接电阻R1，MOS管Q1的G极经电阻R5连接电源；

所述欠压检测电路的同相输入端和过压电测电路的反相输入端均连接AC/DC功率变换模块的另一端，所述欠压检测电路的反相输入端和过压电测电路的同相输入端均连接基准电压电路的输出端，基准电压电路的输入端连接电源。

3.根据权利要求2所述的用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：所述欠压检测电路包括电压比较器U1A、电阻R3、电阻R4、二极管D2和电容C2，所述电压比较器U1A的同相输入端通过电阻R3接地、通过电阻R4连接AC/DC功率变换模块的另一端，电压比较器U1A的反相输入端连接基准电压电路的输出端和电容C2一端，电容C2另一端接地，电压比较器U1A的输出端连接二极管D2阴极，二极管D2阳极连接MOS管Q1的G极。

4.根据权利要求3所述的用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：所述欠压检测电路还包括电阻R2和发光二极管D1，所述电阻R2一端连接电源、另一端连接发光二极管D1的阳极，发光二极管D1的阴极连接电压比较器U1A的输出端。

5.根据权利要求2所述的用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：所述过压电测电路包括电压比较器U1B、电阻R8、电阻R9、二极管D5和电容C5，所述电压比较器U1B的反相输入端通过电阻R8连接AC/DC功率变换模块的另一端、通过电阻R9连接地，电压比较器U1B的同相输入端连接基准电压电路的输出端和电容C5一端，电容C5另一端接地，电压比较器U1B的输出端连接二极管D5阴极，二极管D5阳极连接MOS管Q1的G极。

6.根据权利要求5所述的用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：所述过压检测电路还包括电阻R6和发光二极管D3，所述电阻R6一端连接电源、另一端连接发光二极管D3的阳极，发光二极管D3的阴极连接电压比较器U1B的输出端。

7.根据权利要求2所述的用于回馈型电池测试设备的欠压和过压选通电路，其特征在于：所述基准电压电路包括基准器D4、电阻R7、电容C3和电容C4，所述基准器D4的阴极和参考极作为基准电压电路的输出端连接欠压检测电路的反相输入端和过压电测电路的同相输入端，基准器D4的阴极通过电阻R7连接电源，基准器D4的阳极接地，所述电容C3一端连接电源、另一端接地，所述电容C4一端连接基准器D4的阴极、另一端接地。

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