CN218300991U - 防反接的电池充电电路和防反接充电器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种防反接的电池充电电路和防反接充电器，电路包括：控制模块、驱动模块、开关模块、第一二极管、正极接线端和负极接线端，其中，驱动模块包括变压器、整流单元和第一开关管，开关模块包括第二开关管和第三开关管。所述第一二极管与所述参考电源结合，用于当电池正常连接时，向所述控制模块输出高电平信号，以及用于当电池反接时，向所述控制模块输出低电平信号；所述控制模块用于当接收到所述高电平信号时控制所述第一开关管规律性导通和截止，以及当接收到所述低电平信号时控制所述第一开关管截止。上述的电路和充电器可防止电池反接时充电，保证充电安全。

Description

防反接的电池充电电路和防反接充电器

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种防反接的电池充电电路和防反接充电器。

背景技术

随着新能源和储能行业的发展，电池也应用于越来越多的领域。但是在对电池充电时，存在一个威胁性较大的问题：当电池的正负极被反接在充电电路中，有可能造成严重的反向极性事件，届时，不仅严重影响电池寿命，同时也可能造成充电系统的短时故障或永久损坏。因此，防止电池反接的保护措施在电池充电过程中极为必要。

实用新型内容

本申请的主要目的是提供一种防反接的电池充电电路和防反接充电器，旨在解决电池充电时，电池反接对电池和充电系统造成损害的技术问题。

为了实现上述发明目的，本申请提供一种防反接的电池充电电路，包括：控制模块、驱动模块、开关模块、第一二极管、正极接线端和负极接线端，其中，驱动模块包括变压器、整流单元和第一开关管，开关模块包括第二开关管和第三开关管；

所述变压器的原边绕组的第一端用于连接驱动电源，所述变压器的原边绕组的第二端连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端连接所述控制模块的第一输出端，所述变压器的副边绕组连接所述整流单元的输入端，所述整流单元的第一输出端分别连接所述第二开关管的控制端和所述第三开关管的控制端，所述整流单元的第二输出端分别连接所述第二开关管和所述第三开关管的第一端，所述第二开关管的第二端用于连接供电电源，所述第三开关管的第二端分别连接所述第一二极管和所述正极接线端，所述第一二极管的阳极连接所述控制模块的输入端，以及用于连接参考电源，所述正极接线端和所述负极接线端用于连接电池；

所述第一二极管与所述参考电源结合，用于当电池正常连接时，向所述控制模块输出高电平信号，以及用于当电池反接时，向所述控制模块输出低电平信号；

所述控制模块用于当接收到所述高电平信号时控制所述第一开关管导通，以及当接收到所述低电平信号时控制所述第一开关管截止。

在一些实施例中，所述开关模块包括第四开关管和第五开关管。

所述第四开关管的第一端分别连接所述第二开关管的控制端和所述整流单元的第一输出端，所述第四开关管的第二端连接所述第三开关管的控制端，所述第四开关管的控制端连接所述第五开关管的第二端，所述第五开关管的第一端接地，所述第五开关管的控制端连接所述控制模块的第二输出端。

在一些实施例中，所述整流单元包括第二二极管和第一电容。

所述第二二极管的阳极连接所述变压器的副边绕组的第一端，所述第二二极管的阴极分别连接所述第一电容的第一端、所述第二开关管的控制端和所述第三开关管的控制端，所述第一电容的第二端分别连接所述变压器的副边绕组的第二端、所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第一端。

在一些实施例中，所述驱动模块还包括第一电阻、第二电阻和第二电容。

所述第二电容的第一端连接所述控制模块的第一输出端，所述第二电容的第二端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端分别连接所述第二电阻的第一端和所述第一开关管的控制端，所述第二电阻的第二端接地。

在一些实施例中，所述驱动模块还包括第三电阻和第三电容。

所述第三电阻的第一端用于连接所述驱动电源，所述第三电阻的第二端分别连接所述第三电容的第一端和所述变压器的原边绕组的第一端，所述第三电容的第二端接地。

在一些实施例中，所述开关模块还包括第四电阻和第五电阻。

所述第四电阻的第一端连接所述第二开关管的控制端，所述第四电阻的第二端分别连接所述整流单元的第一输出端和所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接所述第三开关管的控制端。

在一些实施例中，所述开关模块还包括第六电阻和第七电阻。

所述第六电阻的第一端分别连接所述整流单元的第一输出端、所述第二开关管的控制端和所述第四开关管的第一端，所述第六电阻的第二端分别连接所述第七电阻的第一端和所述第四开关管的控制端，所述第七电阻的第二端连接第五开关管的第二端。

在一些实施例中，所述开关模块还包括第八电阻和第九电阻。

所述第八电阻的第一端连接所述控制模块的第二输出端，所述第八电阻的第二端分别连接所述第五开关管的控制端，所述第八电阻的第二端接地。

在一些实施例中，所述整流电路还包括第十电阻。

所述第十电阻的第一端分别连接所述第二二极管的阴极和所述第一电容的第一端，所述第十电阻的第二端分别连接所述第一电容的第二端和所述变压器的副边绕组的第二端。

本申请还提供一种防反接充电器，包括反接提示模块和上述任一实施例提供的防反接的电池充电电路。

所述反接提示模块与所述防反接的电池充电电路电连接，用于当检测到电池反接时发出提示信号。

本申请实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种防反接的电池充电电路和防反接充电器，防反接的电池充电电路包括驱动模块、开关模块、控制模块、第一二极管、正极接线端和负极接线端，其中，驱动模块包括变压器、整流单元和第一开关管，开关模块包括第二开关管和第三开关管。当电池正常连接时，第一二极管阳极端向控制模块输出高电平信号，控制模块接收到高电平信号后控制第一开关管导通，使得变压器得电工作，从而使得第二开关管和第三开关管导通，开始执行充电操作；而当电池反接时，第一二极管阳极端向控制模块输出低电平信号，控制模块接收到低电平信号后控制第一开关管截止，使得变压器失电，从而使得第二开关管和第三开关管截止，不执行充电操作。通过上述的防反接的电池充电电路，可以避免由于电池反接而执行充电操作时，对充电系统和电池造成损坏的情况发生，保证了充电安全。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的防反接的电池充电电路的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的防反接的电池充电电路的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的防反接的电池充电电路的电路结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的防反接的电池充电电路的电路结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的防反接充电器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本申请实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据、执行次序等进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

本申请提供一种防反接的电池充电电路，请参照图1，防反接的电池充电电路100包括：驱动模块10、开关模块20、控制模块30、第一二极管D1、正极接线端BAT+和负极接线端BAT-，其中，驱动模块10包括变压器T1、整流单元101和第一开关管Q1，开关模块20包括第二开关管Q2和第三开关管Q3。

变压器T1的原边绕组的第一端用于连接驱动电源VCC1，变压器T1的原边绕组的第二端连接第一开关管Q1的第一端，第一开关管Q1的第二端接地，第一开关管Q1的控制端连接控制模块30的第一输出端OUT1，变压器T1的副边绕组连接整流单元101的输入端，整流单元101的第一输出端分别连接第二开关管Q2的控制端和第三开关管Q3的控制端，整流单元101的第二输出端分别连接第二开关管Q2和第三开关管Q3的第一端，第二开关管Q2的第二端用于连接供电电源VOUT，第三开关管Q3的第二端分别连接第一二极管D1的阴极和正极接线端BAT+，第一二极管D1的阳极连接控制模块30的输入端，以及用于连接参考电源VCC2，正极接线端BAT+和负极接线端BAT-用于连接电池。

在本实施例中，第一二极管D1与参考电源VCC2结合，用于当电池正常连接时，向控制模块30输出高电平信号，以及用于当电池反接时，向控制模块30输出低电平信号；控制模块30用于当接收到上述的高电平信号时控制第一开关管Q1规律性导通和截止，以及当接收到低电平信号时控制第一开关管Q1截止。

在本实施例中，控制模块30选择为微控制器MCU(如51单片机)，第一开关管Q1选为NPN三极管，第二开关管Q2和第三开关管Q3均选为NMOS管。其中，第一开关管Q1的第一端对应NPN三极管的集电极，第一开关管Q1的第二端对应NPN三极管的发射极，第一开关管Q1的控制端对应NPN三极管的基极；第二开关管Q2和第三开关管Q3的第一端对应NMOS管的源极，第二开关管Q2和第三开关管Q3的第二端对应NMOS管的漏极，第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端对应NMOS管的栅极。在其他实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3也可以选择为其他满足设计需求的开关元件，控制模块30也可以是其他满足设计需求的控制设备，在此不做限定。

图2所示的防反接的电池充电电路的工作原理如下：

当接入充电的电池正常连接(即电池的正极连接防反接的电池充电电路100的正极接线端BAT+，电池的负极连接防反接的电池充电电路100的负极接线端BAT-)时，由于电池残余电压大于参考电源VCC2，因此，第一二极管D1反向截止，输出高电平信号至MCU；MCU接收到高电平信号时，在其第一输出端OUT1输出PWM波以使第一开关管Q1规律性通断，从而使得变压器T1处于工作状态，在其副边绕组输出一交流电压，整流单元101将该交流电压信号转换为直流电压，并输出至第二开关管Q2与第三开关管Q3的控制端和第一端；第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端和第一端(即NMOS管的栅极和源极)间形成极间电压(该极间电压大于第二开关管Q2和第三开关管Q3的导通电压)使得第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，从而使得供电电源VOUT为电池充电。

而当接入充电的电池反接(即电池的负极连接防反接的电池充电电路100的正极接线端口BAT+，电池的正极连接防反接的电池充电电路100的负极接线端口BAT+)时，第一二极管D1的阳极电位必然大于其阴极电位，第一二极管D1正向导通，输出低电平信号至MCU；MCU接收到低电平信号时，在其第一输出端OUT1输出低电平信号以使第一开关管Q1截止，从而使得变压器T1失电；第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端(即NMOS管的栅极)变为低电平，从而使得第二开关管Q2和第三开关管Q3截止，最终切断供电电源VOUT与电池的电连接，即当电池反接时，不执行充电操作。

需要说明的是，由于电池的工作特性，在其处于失电状态时，其电量实际并不为0，也即，在电池失电需要充电时，电池仍有一残余电压，该残余电压的大小因电池规格而异，因此，只需根据该残余电压合理设置参考电源VCC2的电压值，即可保证当电池正常连接时，第一二极管D1有效截止，从而保证其阳极端向控制模块30输出高电平信号，以实现防反接功能。

本申请所提供的一种防反接的电池充电电路100包括驱动模块10、开关模块20、控制模块30和第一二极管D1，其中，驱动模块10包括变压器T1、整流单元101和第一开关管Q1，开关模块20包括第二开关管Q2和第三开关管Q3。当电池正常连接时，第一二极管D1阳极端向控制模块30输出高电平信号，控制模块30接收到高电平信号后控制第一开关管Q1规律性通断，使得变压器T1处于工作状态，从而使得第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，开始执行充电操作；而当电池反接时，第一二极管D1阳极端向控制模块30输出低电平信号，控制模块30接收到低电平信号后控制第一开关管Q1截止，使得变压器T1失电，从而使得第二开关管Q2和第三开关管Q3截止，不执行充电操作。通过上述的防反接的电池充电电路100，可以避免由于电池反接而执行充电操作时，对充电系统和电池造成损坏的情况发生，保证充电安全。

在一些实施例中，请参照图2，开关模块20包括第四开关管Q4和第五开关管Q5。

第四开关管Q4的第一端分别连接第二开关管Q2的控制端和整流单元101的第一输出端，第四开关管Q4的第二端连接第三开关管Q3的控制端，第四开关管Q4的控制端连接第五开关管Q5的第二端，第五开关管Q5的第二端接地，第五开关管Q5的控制端连接控制模块30的第二输出端。

在本实施例中，第四开关管Q4的型号选为PMOS管，第五开关管Q5的型号选为MMOS开关管，其中第四开关管Q4/第五开关管Q5的控制端对应PMOS管/NMOS管的栅极，第四开关管Q4/第五开关管Q5的第一端对应PMOS管/NMOS管的源极，第四开关管Q4/第五开关管Q5的第二端对应PMOS管/NMOS管的漏极。在其他实施例中，第四开关管Q4和第五开关管Q5也可以选择为其他满足设计需求的开关元件(如三极管)，在此不做限定。

图2所示防反接的电池充电电路中开关模块20的工作原理如下：

当存在多路的防反接的电池充电电路100并联，同时为多个电池充电时，当其中一路的电池充满后，为防止电流倒灌，对充电系统和电池造成损害，则使控制模块30在其第二输出端OUT2输出高电平信号，控制第五开关管Q5截止，使得第四开关管Q4截止，从而使得第三开关管Q3截止，切断供电电源VOUT与电池的电连接，以防止电流倒灌。

在一些实施例中，请参照图3，整流单元101包括第二二极管D2和第一电容C1。

第二二极管D2的阳极连接变压器T1的副边绕组的第一端，第二二极管D1的阴极分别连接C1第一电容的第一端、第二开关管Q2的控制端和第三开关管Q3的控制端，第一电容C1的第二端分别连接变压器T1的副边绕组的第二端、第二开关管Q2的第一端和第三开关管Q3的第一端。

在本实施例中，整流单元101为半波整流电路，第二二极管D2在变压器T1的副边绕组上的交流电压方向为上正下负(即第二二极管D2的阳极电位大于第二二极管D2的阴极)时，第二二极管D2导通，第二二极管D2在变压器T1副边绕组上的交流电压方向为上负下正时，第二二极管D2截止，并通过第一电容C1进一步滤波后得到一直流电压输出至第二开关管Q2和第三开关管Q3的控制端和第一端，使得第二开关管Q2和第三开关管Q3导通。

在一些实施例中，请参照图4，驱动模块10还包括第一电阻R1、第二电阻R2和第二电容C2。

第二电容C2的第一端连接控制模块30的第一输出端OUT1，第二电容C2的第二端连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端分别连接第二电阻R2的第一端和第一开关管Q1的控制端，第二电阻R2的第二端接地。其中第二电容C2为隔直电容，用于防止非控制信号触发的高电平(如系统上电瞬间产生的高电平)导致第一开关管Q1误开通；第一电阻R1为限流电阻，用于防止第一开关管Q1过流烧毁；第二电阻R2为偏置电阻，用于保证第一开关管Q1可靠截止。

在一些实施例中，请再次参照图4，驱动模块10还包括第三电阻R3和第三电容C3。

第三电阻R3的第一端用于连接驱动电源VCC1，第三电阻R3的第二端分别连接第三电容C3的第一端和变压器T1的原边绕组的第一端，第三电容C3的第二端接地。其中，第三电阻R3和第三电容C3组成低通滤波器，对驱动电源VCC1输出的电压信号进行滤波。

在一些实施例中，请再次参照图4，开关模块20还包括第四电阻R4和第五电阻R5。

第四电阻R4的第一端连接第二开关管Q2的控制端，第四电阻R4的第二端分别连接整流单元101的第一输出端和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接第三开关管Q3的控制端。其中，第四电阻R4和第五电阻R5均为限流电阻，分别用于防止第二开关管Q2和第三开关管Q3过流烧毁。

在一些实施例中，请再次参照图4，开关模块20还包括第六电阻R6和第七电阻R7。

第六电阻R6的第一端分别连接整流单元101的第一输出端、第二开关管Q2的控制端和第四开关管Q4的第一端，第六电阻R6的第二端分别连接第七电阻R7的第一端和第四开关管Q4的控制端，第七电阻R7的第二端连接第五开关管Q5的第二端。其中，第六电阻R6为偏置电阻，用于保证第四开关管Q4可靠截止，第七电阻R7为限流电阻，用于防止第四开关管Q4过流烧毁。

在一些实施例中，请再次参照图4，开关模块20还包括第八电阻R8和第九电阻R9。

第八电阻R8的第一端连接控制模块30的第二输出端，第八电阻R8的第二端分别连接第五开关管Q5的控制端和第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端接地。其中，第八电阻R8为限流电阻，用于防止第五开关管Q5过流烧毁，第九电阻为偏置电阻，用于保证第五开关管Q5可靠截止。

在一些实施例中，请再次参照图4，整流单元101还包括第十电阻R10。

第十电阻R10的第一端分别连接第二二极管D2的阴极和第一电容C1的第一端，第十电阻R10的第二端分别连接第一电容C1的第二端和变压器T1的副边绕组的第二端。第十电阻R10为吸收电阻，用于当变压器T1失电后，快速消耗第一电容C1的残余电量。

本申请还提供一种防反接充电器，请参照图5，防反接充电器1000包括反接提示模块200和上述任一实施例提供的防反接的电池充电电路100。

反接提示模块200与防反接的电池充电电路100电连接，用于当检测到电池反接时发出提示信号。其中，反接提示模块200可以是LED灯、蜂鸣器、语音播报设备等。

需要说明的是，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种防反接的电池充电电路，其特征在于，包括：控制模块、驱动模块、开关模块、第一二极管、正极接线端和负极接线端，其中，驱动模块包括变压器、整流单元和第一开关管，开关模块包括第二开关管和第三开关管；

所述变压器的原边绕组的第一端用于连接驱动电源，所述变压器的原边绕组的第二端连接所述第一开关管的第一端，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的控制端连接所述控制模块的第一输出端，所述变压器的副边绕组连接所述整流单元的输入端，所述整流单元的第一输出端分别连接所述第二开关管的控制端和所述第三开关管的控制端，所述整流单元的第二输出端分别连接所述第二开关管和所述第三开关管的第一端，所述第二开关管的第二端用于连接供电电源，所述第三开关管的第二端分别连接所述第一二极管的阴极和所述正极接线端，所述第一二极管的阳极连接所述控制模块的输入端，以及用于连接参考电源，所述正极接线端和所述负极接线端用于连接电池；

所述第一二极管与所述参考电源结合，用于当电池正常连接时，向所述控制模块输出高电平信号，以及用于当电池反接时，向所述控制模块输出低电平信号；

所述控制模块用于当接收到所述高电平信号时控制所述第一开关管规律性导通和截止，以及当接收到所述低电平信号时控制所述第一开关管截止。

2.根据权利要求1所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述开关模块包括第四开关管和第五开关管；

所述第四开关管的第一端分别连接所述第二开关管的控制端和所述整流单元的第一输出端，所述第四开关管的第二端连接所述第三开关管的控制端，所述第四开关管的控制端连接所述第五开关管的第二端，所述第五开关管的第一端接地，所述第五开关管的控制端连接所述控制模块的第二输出端。

3.根据权利要求1所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述整流单元包括第二二极管和第一电容；

所述第二二极管的阳极连接所述变压器的副边绕组的第一端，所述第二二极管的阴极分别连接所述第一电容的第一端、所述第二开关管的控制端和所述第三开关管的控制端，所述第一电容的第二端分别连接所述变压器的副边绕组的第二端、所述第二开关管的第一端和所述第三开关管的第一端。

4.根据权利要求1所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述驱动模块还包括第一电阻、第二电阻和第二电容；

所述第二电容的第一端连接所述控制模块的第一输出端，所述第二电容的第二端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端分别连接所述第二电阻的第一端和所述第一开关管的控制端，所述第二电阻的第二端接地。

5.根据权利要求1所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述驱动模块还包括第三电阻和第三电容；

所述第三电阻的第一端用于连接所述驱动电源，所述第三电阻的第二端分别连接所述第三电容的第一端和所述变压器的原边绕组的第一端，所述第三电容的第二端接地。

6.根据权利要求1所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述开关模块还包括第四电阻和第五电阻；

所述第四电阻的第一端连接所述第二开关管的控制端，所述第四电阻的第二端分别连接所述整流单元的第一输出端和所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接所述第三开关管的控制端。

7.根据权利要求2所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述开关模块还包括第六电阻和第七电阻；

所述第六电阻的第一端分别连接所述整流单元的第一输出端、所述第二开关管的控制端和所述第四开关管的第一端，所述第六电阻的第二端分别连接所述第七电阻的第一端和所述第四开关管的控制端，所述第七电阻的第二端连接第五开关管的第二端。

8.根据权利要求2所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述开关模块还包括第八电阻和第九电阻；

所述第八电阻的第一端连接所述控制模块的第二输出端，所述第八电阻的第二端分别连接所述第五开关管的控制端和所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端接地。

9.根据权利要求3所述的防反接的电池充电电路，其特征在于，所述整流单元还包括第十电阻；

所述第十电阻的第一端分别连接所述第二二极管的阴极和所述第一电容的第一端，所述第十电阻的第二端分别连接所述第一电容的第二端和所述变压器的副边绕组的第二端。

10.一种防反接充电器，其特征在于，包括反接提示模块和权利要求1-7任一项所述的防反接的电池充电电路；

所述反接提示模块与所述防反接的电池充电电路电连接，用于当检测到电池反接时发出提示信号。

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