CN216956194U - 供电设备的负载插入检测电路、电动自行车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电设备的负载插入检测电路、电动自行车。属于电力电子技术领域。所述电路包括：第一电路、第二电路和负载接口，所述第一负载检测端连接所述第一电路和所述第二电路；第一电路的第一端为第二负载检测端，所述第一电路的第二端连接至所述第一负载检测端，所述第一电路的第三端连接有辅助电源，所述辅助电源用于为所述第一电路和所述第二电路提供维持电压；第二电路的第一端连接所述第二负载检测端，所述第二电路的第二端连接所述第一负载检测端，所述第二电路的第三端连接所述负连接端；其中，所述第一电路和所述第二电路被配置为根据所述负载接口的连接状态控制所述第二负载检测端的电压值。

Description

供电设备的负载插入检测电路、电动自行车

技术领域

本申请属于电力电子技术领域，具体涉及一种供电设备的负载插入检测电路、电动自行车。

背景技术

在使用供电设备对负载进行供电之前，供电设备需要先检测到有负载插入，从而对负载进行充电。例如，在使用蓄电池对电动自动车提供电能之前，电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)通过电压检测来确定外部负载是否插入。

现有的市面上的电池包的驱动方案，包括低边驱动方案和高边驱动方案，其中，低边驱动方案是利用了共正母线进行取电，可以有效检测负载插入，但是采用低边驱动时电池的电压正极连接脚带电，外部短路风险较高，当负载插入时，由于电池的电压正极连接脚为高压且一直有电，也会使整机功耗较高。相对于低边驱动方案，高边驱动方案可以有效降低功耗且成本较低，但是由于低边驱动方案和高边驱动方案所对应的电池包的连接引脚不一样，当全部采用高边驱动方案时，会导致适用于原有底边方案的产品不能使用，导致资源浪费，目前尚没有同时兼容低边驱动方案和高边驱动方案的负载插入检测电路。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种供电设备的负载插入检测电路、电动自行车，能够解决现有负载插入检测电路兼容性不高的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种供电设备的负载插入检测电路，所述电路包括：第一电路、第二电路和负载接口；所述负载接口包括正连接端、负连接端和第一负载检测端，所述正连接端连接所述供电设备的正极，所述负连接端连接所述供电设备的负极，所述第一负载检测端连接所述第一电路和所述第二电路；所述第一电路的第一端为第二负载检测端，所述第一电路的第二端连接至所述第一负载检测端，所述第一电路的第三端连接有辅助电源，所述辅助电源用于为所述第一电路和所述第二电路提供维持电压；所述第二电路的第一端连接所述第二负载检测端，所述第二电路的第二端连接所述第一负载检测端，所述第二电路的第三端连接所述负连接端；其中，所述第一电路和所述第二电路被配置为根据所述负载接口的连接状态控制所述第二负载检测端的电压值。

进一步地，所述第一电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端连接至所述辅助电源和所述第二负载检测端，所述第一开关管的第二端连接至所述供电设备的负极，所述第一开关管的第三端连接至所述第二开关管；所述第二开关管的第一端连接至所述辅助电源，所述第二开关管的第二端连接所述第一开关管的第三端，所述第二开关管的第三端连接至所述第一负载检测端。

进一步地，所述第一开关管的第一端与所述辅助电源之间设置有第一电阻，所述第一开关管的第二端和第三端之间设置有第二电阻，所述第一开关管的第三端和所述第二开关管的第二端之间设置有第三电阻；所述第二开关管的第一端与所述第二开关管的第三端之间设置有第四电阻，所述第二开关管的第三端与所述第一负载检测端之间设置有第五电阻。

进一步地，所述第五电阻的第一端连接所述第二开关管的第三端，所述第五电阻的第二端与所述第一负载检测端之间设置有第一防反二极管，所述第一防反二极管的正极连接所述第五电阻的第二端，所述第一防反二极管的负极连接所述第一负载检测端。

进一步地，所述第二电路包括第三开关管，所述第三开关管的第一端连接所述第二负载检测端，所述第三开关管的第二端连接至所述负载接口的负连接端，所述第三开关管的第三端连接至所述第一负载检测端。

进一步地，所述第三开关管的第三端与所述第一负载检测端之间设置有第六电阻，所述第三开关管的第二端与所述第三开关管的第三端之间设置有第七电阻，其中，所述第六电阻的第一端为所述第三开关管的第三端，所述第六电阻的第二端与第一防反二极管的负极等电位。

进一步地，所述第三开关管的第二端与所述负载接口的负连接端之间设置有第二防反二极管，所述第二防反二极管的正极与所述第三开关管的第二端连接，所述第二防反二极管的负极连接至所述负载接口的负连接端。

进一步地，所述第一电路中的第一开关管为NMOS管，所述第一电路中的第二开关管为PMOS管，所述第二电路中的第三开关管为NMOS管。

进一步地，所述供电设备的正极与所述负载接口的正连接端之间设置有第四开关管，所述供电设备的正极和负极之间还并联有第八电阻。

第一方面，本申请实施例提供了一种电动自行车，所述电动自行车包括：车体；蓄电池，所述蓄电池安装在所述车体上，所述蓄电池为第一方面所述的供电设备；负载插入检测电路，所述负载插入检测电路为第一方面任一项所述的供电设备的负载插入检测电路，所述负载插入检测电路与所述蓄电池电连接。

在本申请实施例中，通过改变与负载接口连接的负载插入检测电路，设置第一电路和第二电路，通过第一电路的总电阻和第二电路的总电阻的大小关系，来确定第二负载检测端的电压值，从而实现负载插入检测电路与不同的外部负载插头的兼容连接。

附图说明

图1是本实施例提供的一种现有采用低边驱动方案的等效电路图；

图2是本实施例提供的一种现有采用高边驱动方案的等效电路图；

图3是本实施例提供的一种供电设备的负载插入检测电路的原理框图；

图4为本实施例提供的一种供电设备的负载插入检测电路的电路图；

图5为本实施例提供的一种电动自行车的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不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，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

参考图1，图1为现有采用低边驱动方案的等效电路图，其中，负载接口的P+端连接电池的正极，负载接口的P-端连接电池的负极，负载接口的DET 端连接电池管理系统BMS，BMS通过采集BMS-DET端的电压变化，来检测负载是否插入，当负载接口没有连接负载时，DET为悬空状态，BMS-DET为低电平，当负载插入时，负载接口连接有负载，P+端和DET端短接，BMS-DET 与P+端等电位，为高电平。由此可知，当接入负载时，由于P+脚为高压且一直有电，整机功耗较高。

参考图2，图2为现有采用高边驱动方案的等效电路图，其中，负载接口的P+端连接电池的正极，负载接口的P-端连接电池的负极，负载接口的DET 端连接电池管理系统BMS，BMS通过采集BMS-DET端的电压变化，来检测负载是否插入。充电时，通过将负载的插头与电池的负载接口相连接，以实现负载和电池的电连接。当负载接口没有连接负载时，DET为悬空状态，此时由于上拉电阻和3.3V电压源的存在，使BMS-DET的电压为3.3V，也就是 BMS-DET为高电平；当负载插入时，负载接口连接有负载，由于采用高边驱动方案，P-端和DET端短接，此时BMS-DET与P-端连接，为低电平。但是采用此方案时，当负载接口没有连接负载时，P+脚会一直带电，外部短路风险较高，同时由于P+脚为高压且一直有电，整机功耗较高。

另外，上述两种方案是针对不同的负载插头的负载插入检测电路，也就是说采用低边驱动的负载插头产品和采用高边驱动的负载插头产品不能同时兼容，当对应的驱动电路产品进行迭代时，也会造成资源浪费。

基于上述背景，本实施例提供一种供电设备的负载插入检测电路、电动自行车，以解决现有负载插入检测电路兼容性不高的问题。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的供电设备的负载插入检测电路、电动自行车进行详细地说明。

参考图3，图3为本实施例提供的一种供电设备的负载插入检测电路的原理框图，该电路包括：第一电路303、第二电路304和负载接口302。

本实施例中，负载接口302包括正连接端P+、负连接端P-和第一负载检测端DET，正连接端P+连接供电设备301的正极，负连接端P-连接供电设备的负极，以使在供电设备301与负载连接的情况下，为负载提供电能。其中，供电设备301可以是蓄电池，可以是电池组，也可以是电池单体，在此不做具体限制。

本实施例中，第一负载检测端DET连接第一电路303和第二电路304，从而在负载接口连接外部负载插头的情况下，建立电池管理系统BMS、负载插入检测电路以及外部负载插头之间的电路传输通路。外部负载插头如图4中的 303，外部负载插头303具有与负载接口相匹配的正连接端P+、负连接端P- 和负载检测端DET，以实现和供电设备连接，不同的是，外部负载插头的P+、 P-和DET端由于驱动方式的不同，其P+和DET端、P-和DET端存在短接的情况。在一个例子中，外部负载插头可以是电动车的充电器插头。

本实施例中，第一电路303的第一端为第二负载检测端BMS-DET，第一电路303的第二端连接至第一负载检测端DET，第一电路303的第三端连接有辅助电源305，辅助电源305用于为第一电路303和第二电路304提供维持电压；第二电路304的第一端连接第二负载检测端，第二电路304的第二端连接第一负载检测端，第二电路304的第三端连接负连接端。在一个可行的例子中，辅助电源305为弱电电源，如辅助电源为电压为3.3V的电压源。

其中，第一电路和第二电路被配置为根据负载接口的连接状态控制第二负载检测端的电压值。例如，通过在第一电路和第二电路中设置开关管，根据负载接口连接的外部负载插头的电路连接状况，来改变第一电路和第二电路中电开关管的通断，以改变第一电路的总电阻和第二电路的总电阻大小，通过第一电路的总电阻和第二电路的总电阻的大小关系，来确定第二负载检测端的电压值，从而实现负载插入检测电路与不同的外部负载插头的兼容连接，无论外部负载插头适用低边驱动还是高边驱动，均能使第二负载检测端的电压值发生改变，以检测到负载插入情况。

本实施例通过改变与负载接口连接的负载插入检测电路，设置第一电路和第二电路，通过第一电路的总电阻和第二电路的总电阻的大小关系，来确定第二负载检测端的电压值，从而实现负载插入检测电路与不同的外部负载插头的兼容连接。

参考图4，图4为本实施例提供的一种供电设备的负载插入检测电路的电路图，第一电路具体包括第一开关管Q2和第二开关管Q3，第一开关管Q2的第一端连接至辅助电源和第二负载检测端，第一开关管Q2的第二端连接至供电设备的负极，第一开关管Q2的第三端连接至第二开关管Q3；第二开关管 Q3的第一端连接至辅助电源，第二开关管Q3的第二端连接第一开关管Q2的第三端，第二开关管Q3的第三端连接至第一负载检测端。

其中，第一开关管Q2的第一端与辅助电源之间设置有第一电阻R1，该第一电阻为上拉电阻，用于输出确定的电平信号至第一电路。第一开关管Q2的第二端和第三端之间设置有第二电阻R2，第一开关管Q2的第三端和第二开关管Q3的第二端之间设置有第三电阻R3，其中，第二电阻R2为第一开关管的驱动电阻，第三电阻R3为限流电阻。

本实施例中，第二开关管Q3的第一端与第二开关管Q3的第三端之间设置有第四电阻R4，第二开关管Q3的第三端与第一负载检测端DET之间设置有第五电阻R5。其中，第四电阻R4为第二开关管的驱动电阻，第五电阻R5 为限流电阻。

本实施例中，第五电阻R5的第一端连接第二开关管Q3的第三端，第五电阻R5的第二端与第一负载检测端DET之间设置有第一防反二极管D1，第一防反二极管D1的正极连接第五电阻R5的第二端，第一防反二极管D1的负极连接第一负载检测端DET。其中，第一防反二极管D1用于防止外部负载插头反接造成的电路损坏。

本实施例中，第二电路包括第三开关管Q1，第三开关管Q1的第一端连接第二负载检测端BMS-DET，第三开关管Q1的第二端连接至负载接口的负连接端P-，第三开关管的第三端连接至第一负载检测端DET。第三开关管Q1的第三端与第一负载检测端DET之间设置有第六电阻R6，第三开关管Q1的第二端与第三开关管Q1的第三端之间设置有第七电阻R7，其中，第六电阻R6 的第一端为第三开关管Q1的第三端，第六电阻R6的第二端与第一防反二极管D1的负极等电位。其中，第六电阻R6为限流电阻，第七电阻R7为第三开关管Q1的驱动电阻。

本实施例中，第三开关管Q1的第二端与负载接口的负连接端之间设置有第二防反二极管D2，第二防反二极管D2的正极与第三开关管的第二端连接，第二防反二极管D2的负极连接至负载接口的负连接端。第二防反二极管D2 用于防止外部负载插头反接造成的电路损坏。

在一个可行的例子中，第一开关管为NMOS管，第二开关管为PMOS管，第三开关管为NMOS管。

本实施例中，供电设备的正极与负载接口的正连接端之间设置有第四开关管Q4，第四开关管可以是NMOS管。此方法通过在供电设备的正极与负载接口的正连接端之间设置第四开关管，起到隔离作用，以解决供电设备在对负载进行充电时产生虚电压的情况。同时能够有效解决供电设备在闲置状态时，正极带电所引起的安全隐患。

其中，供电设备的正极和负极之间还并联有第八电阻R8，在一个例子中，该第八电阻R8为等效电阻，可以根据不同的电路需求，调节第八电阻的阻值，从而提供与负载匹配参数的电压或电流值。

需要说明的是，本实施例的第六电阻R6和第七电阻R7的电阻值之和大于第四电阻R4和第五电阻R5的电阻值之和，第五电阻R5远小于第四电阻 R4，第六电阻R6大于第七电阻R7。

下面对本实施例的负载插入检测电路的负载插入检测过程进行说明：

当负载接口未连接负载时，DET为悬空状态，此时由于Q3为PMOS， R6+R7>>R4+R5，不满足Q3的导通条件，故Q3不导通，由于Q3不导通则 Q2也不导通。由于R7<<R6+R5+R4，Q1栅极分压远小于门限电压，此时Q1 不导通，由于上拉电阻R1的存在，则BMS_DET＝3.3V，也即BMS_DET为高电平。

当负载接口连接有负载时，若负载接口所连接的外部负载插头适用高边驱动，也就是外部负载插头中的P+和DET短接的情况下，在第一电路和第二电阻组成的整体电路中，R8与R6+R7并联之后的等效电阻值小于R4+R5，且 R5<<R4，满足Q3的导通条件，故Q3导通，由于Q3导通则Q2也导通，由于Q2连接至供电设备的负极，拉低BMS_DET的电位，此时BMS_DET＝0V。

在供电设备充电的过程中，由于R6和R7的分压作用，此时Q1导通， BMS_DET＝0V。

也就是负载接口连接外部负载插头的前后状态下，BMS_DET的电位发生变化，此时BMS可以生成充电控制信号，以使充电设备对负载供电。

当负载接口连接有负载时，若负载接口所连接的外部负载插头适用低边驱动，也就是外部负载插头中的P-和DET短接的情况下，由于DET直接接地，此时，且R5<<R4，满足Q3的导通条件，故Q3导通，由于Q3导通则Q2也导通，由于Q2连接至供电设备的负极，拉低BMS_DET的电位，此时 BMS_DET＝0V。

由此可知，本实施例的负载插入检测电路可以同时兼容负载低边驱动方案和高边驱动方案，具备兼容性的同时，安全性较高。

参考图5，本实施例还提供一种电动自行车，电动自行车包括：车体500、蓄电池501和负载插入检测电路502。

车体为电动自行车壳体，蓄电池安装在车体上，蓄电池为上述实施例提供的供电设备的负载插入检测电路中的供电设备，该蓄电池用于为电动自行车提供助力。

负载插入检测电路为上述实施例提供的供电设备的负载插入检测电路，该负载插入检测电路与蓄电池电连接。以实现电动自行车在更新迭代过程中，新旧产品的充电器插头与蓄电池的兼容性。具体的负载插入检测电路的电路结构在上述实施例中均有描述，为避免重复，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述电路包括：第一电路、第二电路和负载接口；

所述负载接口包括正连接端、负连接端和第一负载检测端，所述正连接端连接所述供电设备的正极，所述负连接端连接所述供电设备的负极，所述第一负载检测端连接所述第一电路和所述第二电路；

所述第一电路的第一端为第二负载检测端，所述第一电路的第二端连接至所述第一负载检测端，所述第一电路的第三端连接有辅助电源，所述辅助电源用于为所述第一电路和所述第二电路提供维持电压；

所述第二电路的第一端连接所述第二负载检测端，所述第二电路的第二端连接所述第一负载检测端，所述第二电路的第三端连接所述负连接端；

其中，所述第一电路和所述第二电路被配置为根据所述负载接口的连接状态控制所述第二负载检测端的电压值。

2.根据权利要求1所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第一电路包括第一开关管和第二开关管，

所述第一开关管的第一端连接至所述辅助电源和所述第二负载检测端，所述第一开关管的第二端连接至所述供电设备的负极，所述第一开关管的第三端连接至所述第二开关管；

所述第二开关管的第一端连接至所述辅助电源，所述第二开关管的第二端连接所述第一开关管的第三端，所述第二开关管的第三端连接至所述第一负载检测端。

3.根据权利要求2所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第一开关管的第一端与所述辅助电源之间设置有第一电阻，所述第一开关管的第二端和第三端之间设置有第二电阻，所述第一开关管的第三端和所述第二开关管的第二端之间设置有第三电阻；

所述第二开关管的第一端与所述第二开关管的第三端之间设置有第四电阻，所述第二开关管的第三端与所述第一负载检测端之间设置有第五电阻。

4.根据权利要求3所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第五电阻的第一端连接所述第二开关管的第三端，所述第五电阻的第二端与所述第一负载检测端之间设置有第一防反二极管，所述第一防反二极管的正极连接所述第五电阻的第二端，所述第一防反二极管的负极连接所述第一负载检测端。

5.根据权利要求1所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第二电路包括第三开关管，所述第三开关管的第一端连接所述第二负载检测端，所述第三开关管的第二端连接至所述负载接口的负连接端，所述第三开关管的第三端连接至所述第一负载检测端。

6.根据权利要求5所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第三开关管的第三端与所述第一负载检测端之间设置有第六电阻，所述第三开关管的第二端与所述第三开关管的第三端之间设置有第七电阻，其中，所述第六电阻的第一端为所述第三开关管的第三端，所述第六电阻的第二端与第一防反二极管的负极等电位。

7.根据权利要求5所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第三开关管的第二端与所述负载接口的负连接端之间设置有第二防反二极管，所述第二防反二极管的正极与所述第三开关管的第二端连接，所述第二防反二极管的负极连接至所述负载接口的负连接端。

8.根据权利要求1所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述第一电路中的第一开关管为NMOS管，所述第一电路中的第二开关管为PMOS管，所述第二电路中的第三开关管为NMOS管。

9.根据权利要求1所述的供电设备的负载插入检测电路，其特征在于，所述供电设备的正极与所述负载接口的正连接端之间设置有第四开关管，所述供电设备的正极和负极之间还并联有第八电阻。

10.一种电动自行车，其特征在于，所述电动自行车包括：

车体；

蓄电池，所述蓄电池安装在所述车体上，所述蓄电池为权利要求1-9中任一项所述的供电设备；

负载插入检测电路，所述负载插入检测电路为权利要求1-9中任一项所述的供电设备的负载插入检测电路，所述负载插入检测电路与所述蓄电池电连接。

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