CN218767229U - 一种充放电测试自动切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种充放电测试自动切换电路，包括电压检测电路、充电执行电路和放电执行电路，电压检测电路包括比较器，比较器的两个比较端分别输入参考电压和当前电压，输出端输出控制信号；充电执行电路包括第一充电端、第一放电端和与输出端连接的第一受控端，第一充电端用于与充电电路的正极端连接，第一放电端与待测电路的正极端连接，第一放电端还用于连接负载电路的正极端；放电执行电路，包括第二放电端、第二充电端和与输出端连接的第二受控端，第二放电端用于与负载电路的负极端连接，第二充电端与待测电池的负极端连接，第二充电端还用于连接充电电路的负极端。上述方案，能解决人工切换充放电导致的过充和过放以及误操作问题。

Description

一种充放电测试自动切换电路

技术领域

本申请的所公开实施例涉及电池测试领域，且更具体而言，涉及一种充放电测试自动切换电路。

背景技术

最近锂电池在消费类产品上的应用越来越多，但是锂电池活性较强，高温易爆炸。基于锂电池高温容易爆炸的特点，需要对带有锂电池的产品进行不同环境温度下的充、放电测试。在测试过程中，需要人工切换充放电模式，但是，人工切换充放电会带来误操作以及电池过充以及过放问题。

实用新型内容

根据本申请的实施例，本申请提出一种充放电测试自动切换电路，以解决人工切换充放电导致的过冲过放以及误操作问题。

根据本申请的一方面，公开一种充放电测试自动切换电路，包括：电压检测电路、充电执行电路和放电执行电路，电压检测电路包括输入端和比较器，所述输入端用于与待测电池的正极端连接，以检测所述待测电池的当前电压，所述比较器的两个比较端分别输入参考电压和所述当前电压，所述比较器的输出端输出控制信号，且所述控制信号为充电信号或放电信号；充电执行电路包括第一充电端、第一放电端和与所述输出端连接的第一受控端，所述第一充电端用于与充电电路的正极端连接，所述第一放电端与所述待测电路的正极端连接，所述第一放电端还用于连接负载电路的正极端，且所述第一受控端接收所述充电信号，所述第一充电端和所述第一放电端之间的连接导通，所述第一受控端接收放电信号，所述第一充电端和所述第一放电端之间的连接断开；放电执行电路包括第二放电端、第二充电端和与所述输出端连接的第二受控端，所述第二放电端用于与负载电路的负极端连接，所述第二充电端与所述待测电池的负极端连接，所述第二充电端还用于连接充电电路的负极端，且所述第二受控端接收所述放电信号，所述第二放电端和所述第二充电端之间的连接导通，所述第二受控端接收所述充电信号，所述第二放电端和所述第二充电端的连接断开。

上述方案，通过电压检测电路检测电池的充放电电压，在电池达到充放电切换的阈值点时自动输出控制信号以驱动充电执行电路或放电执行电路，自动对电池进行充电或者对负载放电，从而减少了人工操作带来的误操作即过冲过放问题，减轻了人工的操作负担和劳动强度。

其中，充电执行电路还包括：第一三极管和第一开关管，所述第一三极管的基极与所述比较器的输出端连接，所述第一开关管包括一个受控端和两个连接端，所述受控端与所述第一三极管连接，所述两个连接端分别与所述第一充电端和所述第一放电端连接。

因此，充电执行电路能够在待测电池过放时及时为待测电池充电，且自动切换至充电状态，防止电池过放，降低人工劳动强度。

其中，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第一开关管为P沟道增强型MOS管，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第一开关管的栅极连接，所述第一开关管的漏极与所述第一充电端连接，所述第一开关管的源极与所述第一放电端连接。

因此，通过三极管和MOS管的组合能够根据比较器输出的控制信号快速反应，提高了响应速度，电路结构简单。

其中，所述放电执行电路还包括：第二三极管和第二开关管，所述第二三极管的基极与所述比较器的输出端连接，所述第二三极管根据所述输出端的控制信号导通或关断，所述第二开关管包括一个受控端和两个连接端，所述受控端与所述第二三极管连接所述两个连接端分别与所述第二充电端和第二放电端连接。

上述方案，通过放电执行电路能够在待测电池充电完成后自动切换至放电状态，防止电池过充，降低人工劳动强度。

其中，所述第二三极管为PNP型三极管，所述第二开关管为N沟道增强型MOS管，所述第二三极管的集电极与电源连接，所述第二三极管的发射极与所述第二开关管的栅极连接，所述第二开关管的漏极与所述第二充电端连接，所述第二开关管的源极与所述第二放电端连接。

因此，通过三极管和MOS管的组合能够根据比较器输出的控制信号快速反应，提高了响应速度，电路结构简单。

其中，所述电压检测电路还包括：分压电路和第三开关管，所述分压电路包括串联的若干个电阻，所述分压电路与所述比较器的其中一个输入端连接；所述第三开关管包括一个受控端和两个连接端，所述第三开关管的受控端与所述比较器的输出端连接，以根据所述控制信号来控制所述第三开关管的两个连接端之间的导通或关断，所述第三开关管的两个连接端与所述分压电路的至少一个电阻并联。

上述方案，分压电路用于改变比较器输出控制信号的充放电切换阈值，通过在分压电路的部分电阻上并联第三开关管以使该部分电阻在充电时或放电时接入电路，能够仅使用一个比较器即可监测过充电压和过放电压，减小了电路复杂度，降低成本。

其中，所述分压电路包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻与所述待测电池的正极端连接，所述第三电阻接地；所述第三开关管为N沟道增强型MOS管，所述第三开关管的栅极与所述比较器的输出端连接，所述第三开关管的源极和漏极与所述第三电阻并联；所述比较器的反相输入端与所述第一电阻和第二电阻的公共端连接以提供所述当前电压，所述比较器的正相输入端与电源连接以提供所述参考电压。

上述方案，通过MOS管将分压电路的电阻短路后即可监测过充电压和过放电压，减小了电路复杂度。

其中，所述充放电测试自动切换电路还包括：充放电指示电路，包括指示灯，用于指示当前处于充电状态或放电状态。

因此，充放电指示电路控制相应的指示灯点亮，以指示当前处于充电状态或放电状态；通过上述电路，能够自动切换充放电状态，防止电池过充或过放，可以实现无人测试，降低人工劳动强度，提高测试准确性。

其中，所述指示灯包括第一发光二极管和第二发光二极管，所述第一发光二极管的正极端与电源连接，所述第一发光二极管的负极端与所述比较器的输出端连接；所述第二发光二极管的正极端与所述比较器的输出端连接，所述第二发光二极管的负极端接地。

因此，通过两个发光二极管指示充电状态和放电状态，结构简单，成本降低，且指示效果好，简单明了。

所述第一充电端和所述第一放电端之间的连接导通，所述充电电路向所述待测电池充电；所述第二放电端和所述第二充电端之间的连接导通，所述待测电池向所述负载电路放电。

上述方案，充电电路与放电电路之间无干扰，当一个电路工作时另一电路自动断开，保证充放电正常进行，提高电路的稳定性和安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施方式对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本申请一种充放电测试自动切换电路一实施例的结构示意图；

图2是本申请一种充放电测试自动切换电路一实施例的充电执行电路的结构示意图；

图3是本申请一种充放电测试自动切换电路一实施例的放电执行电路的结构示意图；

图4是本申请一种充放电测试自动切换电路一实施例的电压检测电路的结构示意图；

图5是本申请一种充放电测试自动切换电路另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。

请参照图1，图1是本申请一种充放电测试自动切换电路100一实施例的结构示意图。本申请提供了一种充放电测试自动切换电路100，具体包括：电压检测电路110，包括输入端和比较器U1，输入端用于与待测电池V1的正极端连接，以检测待测电池V1的当前电压，比较器U1的两个比较端分别输入参考电压和当前电压，比较器U1的输出端输出控制信号，且控制信号为充电信号或放电信号；充电执行电路120，包括第一充电端121、第一放电端111和与输出端连接的第一受控端122，第一充电端121用于与充电电路的正极端连接，第一放电端111与待测电路的正极端连接，第一放电端111还用于连接负载电路的正极端，第一受控端122接收充电信号，第一充电端121和第一放电端111之间的连接导通，第一受控端122接收放电信号，第一充电端121和第一放电端111之间的连接断开；放电执行电路130，包括第二放电端131、第二充电端112和与输出端连接的第二受控端132，第二放电端131用于与负载电路的负极端连接，第二充电端112与待测电池V1的负极端连接，第二充电端112还用于连接充电电路的负极端，且第二受控端132接收放电信号，第二放电端131和第二充电端112之间的连接导通，第二受控端132接收充电信号，第二放电端131和第二充电端112的连接断开；图1中，负载电路和充电电路并未示出。

为了减少人工操作失误带来的过冲过放问题导致电池损坏，由于电池在充电过程及放电过程中，其电压会随着充电时间或放电时间而变化，本申请通过使用比较器U1对待测电池V1的输出电压进行监测，比较器U1的一个比较端接待测电池V1的输出端，另一个比较端接入参考电压，将待测电池V1的当前电压与参考电压比较，当前电压即待测电池V1的实时输出电压，当前电压低于参考电压时，表明待测电池V1进入过放状态，比较器U1的输出端输出控制信号使放电执行电路130将第二充电端112与第二放电端131之间的连接切断，即切断了待测电池V1与负载电路之间的连接，电池向负载电路的放电停止，并使充电执行电路120将第一充电端121与第一放电端111之间的连接导通，即建立充电电路与待测电池V1之间的连接，使充电电路为待测电池V1充电，完成充放电的切换；当前电压高于参考电压时，电压检测电路110的比较器U1有放电信号输出，待测电池V1与充电电路的连接断开，待测电池V1与负载电路之间的连接导通，开始对待测电池V1放电；其中，参考电压是根据充放电切换阈值预先设置好的，可以由直流电源提供，该参考电压还用于为比较器U1供电。通过本申请的上述方案，能够减少人工切换充放电状态时带来的误操作问题，防止过冲和过放。

请参照图2，图2是本申请一种充放电测试自动切换电路100一实施例的充电执行电路120的结构示意图，充电执行电路120还包括：第一三极管Q3和第一开关管Q6，第一三极管Q3的基极与比较器U1的输出端连接，输出端输出的控制信号使第一三极管Q3导通或关断，第一开关管Q6包括一个受控端和两个连接端，受控端与第一三极管Q3连接，两个连接端分别与第一充电端121和第一放电端111连接，受控端控制两个连接端之间的导通或关断。

具体的，第一三极管Q3可以是NPN型三极管，第一开关管Q6可以是P沟道增强型MOS管；第一三极管Q3的基极和发射极之间通过电阻R14连接，且发射极接地，基极还通过电阻R13与第一受控端122连接；第一开关管Q6的栅极通过电阻R15与第一三极管Q3的集电极连接，漏极与第一充电端121连接，源极与第一放电端111连接，且其源极与栅极之间通过电阻R8连接。第一受控端122接收到从电压检测电路110的比较器U1输出端发出的控制信号为高电平信号，第一三极管Q3导通，第一开关管Q6的源极和漏极之间导通，第一充电端121与第一放电端111导通，充电电路、第一充电端121、第一放电端111、待测电池V1、第二充电端112之间形成电流通路，外部的充电电路对待测电池V1充电。此外，第一三极管Q3还可以是其他类型的电压型开关器件，例如PNP型三极管；第一开关管Q6还可以是其他类型的电压型开关器件，例如N沟道增强型MOS管、IGBT、N沟道耗尽型MOS管、P沟道耗尽型MOS管等；当上述元件采用其他类型的电压开关器件时，对本实施方式中公开的具体电路作适应性调整，均在本方案的公开范围之内。

请参照图3，图3是本申请一种充放电测试自动切换电路100一实施例的放电执行电路130的结构示意图；具体的，放电执行电路130还包括：第二三极管Q4和第二开关管Q1，第二三极管Q4的基极与比较器U1的输出端连接，第二三极管Q4由输出端的控制信号控制导通或关断，第二开关管Q1包括一个受控端和两个连接端，受控端与第二三极管Q4连接，受控端用于控制两个连接端之间的导通或关断，两个连接端分别与第二充电端112和第二放电端131连接。其中，第二三极管Q4可以为PNP型三极管，第二开关管Q1可以为N沟道增强型MOS管，第二三极管Q4的集电极通过电阻R7与电源VCC连接，第二三极管Q4的发射极与第二开关管Q1的栅极连接，第二开关管Q1的源极与第二充电端112连接，第二开关管Q1的漏极与第二放电端131连接。此外，放电执行电路130的第二三极管Q4还可以是其他类型的电压型开关器件如NPN型三极管等，第二开关管Q1还可以是其他电压型开关器件如IGBT、N沟道耗尽型MOS管、P沟道增强型MOS管、P沟道耗尽型MOS管等，当第二三极管Q4和第二开关管Q1采用其他元件时，对本申请公开的具体电路作适应性的改动，均属于本实施方式的公开范围内。

请参照图4，图4是本申请一种充放电测试自动切换电路100一实施例的电压检测电路110的结构示意图；电压检测电路110还包括：分压电路和第三开关管Q5，分压电路包括串联的若干个电阻，分压电路与比较器U1的其中一个输入端连接；第三开关管Q5包括一个受控端和两个连接端，第三开关管Q5的受控端与比较器U1的输出端连接，用于控制第三开关管Q5的两个连接端之间的导通或关断，第三开关管Q5的两个连接端与分压电路的至少一个电阻并联。具体地，分压电路包括串联的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一电阻R1与待测电池V1的正极端连接，第三电阻R3接地；第三开关管Q5为N沟道增强型MOS管，第三开关管Q5的栅极经过电阻R4与比较器U1的输出端连接，第三开关管Q5的源极和漏极与第三电阻R3并联；比较器U1的反相输入端与第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接用于提供采样电压，比较器U1的正相输入端与电源通过电阻R7连接用于提供参考电压，正相输入端还通过电阻R10接地。比较器U1的输出端与第一受控端122和第二受控端132连接以输出控制信号给充电执行电路和放电执行电路。

分压电路用于改变比较器U1输出控制信号的充放电切换阈值，第三开关管Q5打开，电阻R1与电阻R2分压，比较器U1反向输入端的电压升高，此时充放电切换阈值为第一预设值；第三开关管Q5关闭，电阻R1与R2、R3分压，比较器U1反向输入端的电压降低，此时充放电切换阈值为第二预设值。例如，待测电池V1在放电状态下，第三开关管Q5导通使用R1、R2分压，需要监测待测电池V1的过放电压为3.2V，过放电压即待测电池V1即将过放的电压，待测电池V1不断放电同时输出电压也不断下降，当输出电压下降到3.2V时经过R1、R2分压后输出采样电压到比较器U1的反相输入端电压恰好与参考电压相等，待测电池V1输出电压继续下降则反相输入端电压小于参考电压，比较器U1的输出端输出充电信号，待测电池V1转换到充电状态，同时第三开关管Q5关断；在充电时，由于第三开关管Q5关断，分压电路为三个电阻分压，采样电压会降低，待测电池V1的输出电压需要达到第二预设值4.2V时，比较器U1的反相输入端的电压才会等于参考电压；除了在比较器U1的反相输入端连接分压电路，还可以在比较器U1的同相输入端连接分压电路，并在分压电路的至少其中一个电阻上并联第三开关管Q5，当需要提高参考电压时第三开关管Q5导通，当需要降低参考电压时第三开关管断开，直接通过改变参考电压来监测过放电压和过充电压。通过在分压电路的部分电阻上并联第三开关管Q5以使该部分电阻在充电时或放电时接入电路，能够仅使用一个比较器U1即可监测过充电压和过放电压，减小了电路复杂度，降低成本。

当待测电池V1电压达到第一预设值时，表明待测电池V1即将过充，则比较器U1的输出端输出放电信号，在本实施方式中，放电信号为低电平，充电执行电路120的第一受控端122收到低电平信号后，第一三极管Q3关断从而使得第一开关管Q6的漏极和源极之间关断，充电电路与待测电池V1的连接断开，停止充电；同时，第二受控端132也接收到比较器U1输出的低电平信号，放电执行电路130的第二三极管Q4导通，第二开关管Q1也导通，待测电池V1与负载电路连接，开始向负载电路放电。

待测电池V1电压达到第二预设值，表明待测电池V1即将过放，此时比较器U1的输出端输出的是充电信号，在本实施方式中，充电信号为高电平，充电执行电路120的第一受控端122收到高电平信号后，第一三极管Q3导通，第一开关管Q6的漏极和源极之间导通，充电电路与待测电池V1的连接导通，开始充电；同时，第二受控端132也接收到比较器U1输出的高电平信号，放电执行电路130的第二三极管Q4关断，第二开关管Q1也关断，待测电池V1与负载电路的连接断开，停止向负载电路放电。

此外，还可以是比较器U1的同相输入端接收当前电压，反相输入端接收参考电压，当前电压高于参考电压时输出高电平，当前电压低于参考电压时输出低电平，则此时为了实现充放电切换，第一三极管Q3可以是PNP型三极管，第一开关管Q6可以是N型MOS管，第二三极管Q4可以是NPN型三极管，第二开关管Q1可以是P型MOS管。

请参照图5，图5是本申请一种充放电测试自动切换电路100另一实施例的结构示意图；充放电测试自动切换电路100还包括充放电指示电路160，充放电指示电路160包括指示灯，用于指示当前处于充电状态或放电状态；电源端，与比较器U1的输出端连接以切换指示状态。具体地，指示灯包括第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2，第一发光二极管LED1的正极端通过电阻R11与电源VCC连接，第一发光二极管LED1的负极端与比较器U1的输出端连接；第二发光二极管LED2的正极端通过电阻R12与比较器U1的输出端连接，第二发光二极管LED2的负极端接地。比较器U1的输出端输出高电平，第二发光二极管LED2点亮，指示放电结束，进入充电状态；比较器U1的输出端输出低电平，第一发光二极管LED1从电源VCC处获取电流，第一发光二极管LED1点亮，指示充电结束进入放电状态。

此外，充放电指示电路160还可以设置单片机根据比较器U1输出的控制信号点亮相应的指示灯，或者与逻辑选择电路连接根据比较器U1输出的控制信号选择点亮相应的指示灯。

待测电池V1的输出电压输出至电压检测电路110的比较器U1的反相输入端，与参考电压进行比较，当前电压大于参考电压时比较器U1的输出端以低电平输出，当前电压小于参考电压时比较器U1的输出端以高电平输出；比较器U1高电平输出，充电执行电路120的第一三极管Q3导通，第一开关管Q6也导通，同时放电执行电路130的第二三极管Q4关断，第二开关管Q1也关断，进入充电状态；比较器U1低电平输出，充电执行电路120的第一三极管Q3关断，第一开关管Q6也关断，同时放电执行电路130的第二三极管Q4导通，第二开关管Q1也导通，进入放电状态；第一充电端121和第一放电端111之间的连接导通，充电电路向待测电池V1充电；第二放电端131和第二充电端112之间的连接导通，待测电池V1向负载电路放电。

充放电指示电路160控制相应的指示灯点亮，以指示当前处于充电状态或放电状态；通过上述电路，能够自动切换充放电状态，防止电池过充或过放，可以实现无人测试，降低人工劳动强度，提高测试准确性。

所属领域的技术人员易知，可在保持本实用新型的教示内容的同时对装置及方法作出诸多修改及变动。因此，以上公开内容应被视为仅受随附权利要求书的范围的限制。

Claims (10)

1.一种充放电测试自动切换电路，其特征在于，包括：

电压检测电路，包括输入端和比较器，所述输入端用于与待测电池的正极端连接，以检测所述待测电池的当前电压，所述比较器的两个比较端分别输入参考电压和所述当前电压，所述比较器的输出端输出控制信号，且所述控制信号为充电信号或放电信号；

充电执行电路，包括第一充电端、第一放电端和与所述输出端连接的第一受控端，所述第一充电端用于与充电电路的正极端连接，所述第一放电端与所述待测电池的正极端连接，所述第一放电端还用于连接负载电路的正极端，且所述第一受控端接收所述充电信号，所述第一充电端和所述第一放电端之间的连接导通；所述第一受控端接收放电信号，所述第一充电端和所述第一放电端之间的连接断开；

放电执行电路，包括第二放电端、第二充电端和与所述输出端连接的第二受控端，所述第二放电端用于与负载电路的负极端连接，所述第二充电端与所述待测电池的负极端连接，所述第二充电端还用于连接充电电路的负极端，且所述第二受控端接收所述放电信号，所述第二放电端和所述第二充电端之间的连接导通，所述第二受控端接收所述充电信号，所述第二放电端和所述第二充电端的连接断开。

2.根据权利要求1所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述充电执行电路还包括：第一三极管和第一开关管，所述第一三极管的基极与所述比较器的输出端连接，所述第一开关管包括一个受控端和两个连接端，所述受控端与所述第一三极管连接，所述两个连接端分别与所述第一充电端和所述第一放电端连接。

3.根据权利要求2所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第一开关管为P沟道增强型MOS管，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第一开关管的栅极连接，所述第一开关管的漏极与所述第一充电端连接，所述第一开关管的源极与所述第一放电端连接。

4.根据权利要求1所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述放电执行电路还包括：第二三极管和第二开关管，所述第二三极管的基极与所述比较器的输出端连接，所述第二三极管根据所述输出端的控制信号导通或关断，所述第二开关管包括一个受控端和两个连接端，所述受控端与所述第二三极管连接，所述两个连接端分别与所述第二充电端和第二放电端连接。

5.根据权利要求4所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述第二三极管为PNP型三极管，所述第二开关管为N沟道增强型MOS管，所述第二三极管的集电极与电源连接，所述第二三极管的发射极与所述第二开关管的栅极连接，所述第二开关管的漏极与所述第二充电端连接，所述第二开关管的源极与所述第二放电端连接。

6.根据权利要求1所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括：分压电路和第三开关管，所述分压电路包括串联的若干个电阻，所述分压电路与所述比较器的其中一个输入端连接；所述第三开关管包括一个受控端和两个连接端，所述第三开关管的受控端与所述比较器的输出端连接，所述第三开关管的两个连接端与所述分压电路的至少一个电阻并联。

7.根据权利要求6所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述分压电路包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻与所述待测电池的正极端连接，所述第三电阻接地；所述第三开关管为N沟道增强型MOS管，所述第三开关管的栅极与所述比较器的输出端连接，所述第三开关管的源极和漏极与所述第三电阻并联；所述比较器的反相输入端与所述第一电阻和第二电阻的公共端连接以提供所述当前电压，所述比较器的正相输入端与电源连接以提供所述参考电压。

8.根据权利要求1所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述充放电测试自动切换电路还包括：充放电指示电路，包括指示灯，用于指示当前处于充电状态或放电状态。

9.根据权利要求8所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述指示灯包括第一发光二极管和第二发光二极管，所述第一发光二极管的正极端与电源连接，所述第一发光二极管的负极端与所述比较器的输出端连接；所述第二发光二极管的正极端与所述比较器的输出端连接，所述第二发光二极管的负极端接地。

10.根据权利要求1所述的充放电测试自动切换电路，其特征在于，所述第一充电端和所述第一放电端之间的连接导通，所述充电电路向所述待测电池充电；所述第二放电端和所述第二充电端之间的连接导通，所述待测电池向所述负载电路放电。

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