CN218888124U - 锂电池低压保护电路与锂电池供电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂电池低压保护电路与锂电池供电设备，锂电池低压保护电路包括比较支路与开关支路。比较支路的第一端分别与开关支路的第二端及锂电池连接，比较支路的第二端用于输入参考电压，比较支路的第三端与开关支路的第一端连接，开关支路的第三端与负载连接。比较支路用于在锂电池的电压大于参考电压时输出第一信号至开关支路的第一端，并用于在锂电池的电压小于或等于参考电压时输出第二信号至开关支路的第一端。开关支路用于响应于第一信号而导通，以建立锂电池与负载之间的连接，开关支路还用于响应于第二信号而断开，以断开锂电池与负载之间的连接。通过上述方式，能够采用硬件结构实现锂电池低压保护，以达到降低成本的目的。

Description

锂电池低压保护电路与锂电池供电设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种锂电池低压保护电路与锂电池供电设备。

背景技术

锂电池在现在已经有很成熟的制造和普遍的应用。并且，在大多数的应用场景中，当锂电池的电压低于3V或者2.7V时就不能让其继续工作下去，否则会导致锂电池过度放电而使其损坏或者缩短寿命，因此常见的锂电池外围电路中都会加低压保护设计。

目前，低压保护设计的方案通常需要通过微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)来获取锂电池的电压，并在电池的电压小于设定值时停止锂电池放电。

然而，对于该种方式而言，需要占用MCU的输入输出引脚与模数转换引脚，则需要选择输入输出引脚与模数转换引脚较多的MCU，导致成本的增加。

实用新型内容

本申请旨在提供一种锂电池低压保护电路与锂电池供电设备，本申请能够采用硬件结构实现锂电池低压保护，以达到降低成本的目的。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种锂电池低压保护电路，包括：

比较支路与开关支路；

所述比较支路的第一端分别与所述开关支路的第二端及所述锂电池连接，所述比较支路的第二端用于输入参考电压，所述比较支路的第三端与所述开关支路的第一端连接，所述开关支路的第三端与所述负载连接；

所述比较支路用于在所述锂电池的电压大于所述参考电压时输出第一信号至所述开关支路的第一端，并用于在所述锂电池的电压小于或等于所述参考电压时输出第二信号至所述开关支路的第一端；

所述开关支路用于响应于所述第一信号而导通，以建立所述锂电池与所述负载之间的连接，所述开关支路还用于响应于所述第二信号而断开，以断开所述锂电池与所述负载之间的连接。

在一种可选的方式中，所述锂电池低压保护电路还包括稳压支路；

所述稳压支路的第一端与所述锂电池连接，所述稳压支路的第二端与所述比较支路的第二端连接；

所述稳压支路用于基于所述锂电池的电压输出恒定的电压，所述恒定的电压为所述参考电压。

在一种可选的方式中，所述锂电池低压保护电路还包括分压支路；

所述分压支路的第一端与所述锂电池连接，所述分压支路的第二端与所述比较支路的第一端连接；

所述分压支路用于对所述锂电池的电压进行分压，并输出第一电压至所述比较支路的第一端；

所述比较支路还用于在所述第一电压大于所述参考电压时输出第一信号至所述开关支路的第一端，以及用于在所述第一电压小于或等于所述参考电压时输出第二信号至所述开关支路的第一端。

在一种可选的方式中，所述比较支路包括比较器与第一电容；

所述比较器的第一输入端分别与所述比较器的电源端、所述第一电容的第一端及所述锂电池连接，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考电压，所述比较器的输出端与所述开关支路的第一端连接，所述第一电容的第二端接地。

在一种可选的方式中，所述开关支路包括第一开关单元与第二开关单元；

所述第一开关单元的第一端与所述比较支路的第三端连接，所述第一开关单元的第二端与所述第二开关单元的第一端连接，所述第二开关单元的第二端与所述锂电池连接，所述第二开关单元的第三端与所述负载连接；

所述第一开关单元用于响应于所述第一信号而导通，以输入第一电平信号至所述第二开关单元的第一端，所述第一开关单元还用于响应于所述第二信号而断开；

所述第二开关单元用于响应于所述第一电平信号而导通，以建立所述锂电池与所述负载之间的连接，所述第二开关单元还用于在所述第一开关单元断开时断开，以断开所述锂电池与所述负载之间的连接。

在一种可选的方式中，所述第一开关单元包括第一电阻与第一开关管；

所述第一电阻的第一端与所述比较支路的第三端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的第三端与所述第二开关单元的第一端连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关单元包括第二电阻与第二开关管；

所述第二电阻的第一端分别与所述第二开关管的第一端及所述第一开关单元的第二端连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第二开关管的第二端及所述锂电池连接，所述第二开关管的第三端与所述负载连接。

在一种可选的方式中，所述稳压支路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容与稳压器；

所述第三电阻的第一端与所述锂电池连接，所述第三电阻的第二端分别与所述稳压器的阴极、所述第四电阻的第一端及所述比较支路的第二端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述稳压器的参考端、所述第五电阻的第一端及所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的第二端、所述第二电容的第二端及所述稳压器的阳极均接地。

在一种可选的方式中，所述分压支路包括第六电阻与第七电阻；

所述第六电阻的第一端与所述锂电池连接，所述第六电阻的第二端分别与所述第七电阻的第一端及所述比较支路的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地。

第二方面，本申请提供一种锂电池供电设备，包括锂电池以及如上所述的锂电池低压保护电路。

本申请的有益效果是：本申请提供的锂电池低压保护电路包括比较支路与开关支路。其中，比较支路的第一端分别与开关支路的第二端及锂电池连接，比较支路的第二端用于输入参考电压，比较支路的第三端与开关支路的第一端连接，开关支路的第三端与负载连接。当锂电池的电压大于参考电压时，比较支路输出第一信号至开关支路，以使开关支路导通。继而，锂电池与负载之间的连接被导通，锂电池能够正常为负载供电。当锂电池的电压小于或等于参考电压时，比较支路输出第二信号至开关支路，以使开关支路断开。继而，锂电池与负载之间的连接被断开，锂电池停止为负载供电。从而，实现了在锂电池的电压小于或等于参考电压时，锂电池停止放电，以对锂电池起到保护作用，亦即实现了锂电池低压保护。并且，上述过程采用了硬件结构实现，相对相关技术中的方案而言，本申请的方案无需再占用MCU的输入输出引脚与模数转换引脚，进而能够降低所选用的MCU的价格，有利于达到降低成本的目的。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的锂电池低压保护电路的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的锂电池低压保护电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的锂电池低压保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的锂电池低压保护电路100的结构示意图。如图1所示，该锂电池低压保护电路100包括比较支路10与开关支路20。

其中，比较支路10的第一端分别与开关支路20的第二端及锂电池200连接，比较支路10的第二端用于输入参考电压VREF，比较支路10的第三端与开关支路20的第一端连接，开关支路20的第三端与负载300连接。

具体地，比较支路10用于在锂电池200的电压大于参考电压VREF时输出第一信号至开关支路10的第一端，并用于在锂电池200的电压小于或等于参考电压VREF时输出第二信号至开关支路20的第一端。开关支路20用于响应于第一信号而导通，以建立锂电池200与负载300之间的连接，开关支路20还用于响应于第二信号而断开，以断开锂电池200与负载300之间的连接。

在实际应用中，当锂电池200的电压大于参考电压VREF时，对应锂电池200有足够的电量为负载300供电。此时比较支路10输出第一信号至开关支路20，以使开关支路202导通。继而，锂电池200与负载300之间的连接被导通，锂电池200能够正常为负载300供电。

当锂电池200的电压小于或等于参考电压VREF时，对应锂电池200的电量较低，在该种情况下若锂电池200继续为负载300供电，则可能出现锂电池200过度放电而导致其缩短寿命甚至损坏。此时，比较支路10输出第二信号至开关支路20，以使开关支路20断开。继而，锂电池200与负载300之间的连接被断开，锂电池200停止为负载供电。从而，实现了在锂电池200的电压小于或等于参考电压时，锂电池200停止放电，以防止锂电池200出现过度放电的异常情况，进而对锂电池起到保护作用。亦即，通过上述过程能够实现锂电池的低压保护。

此外，众所周知，在锂电池常见的应用常见中，还通常需要检测电池的充放电电流及温度等，都需要使用到MCU的输入输出引脚与模数转换引脚。而在相关技术中，通常也需要使用到MCU的输入输出引脚与模数转换引脚以实现锂电池的低压保护。这意味着需要实现选择有更多输入输出引脚与模数转换引脚的MCU去实现上述功能。然而，随着输入输出引脚与模数转换引脚的增加，会导致MCU的价格也随着增加。

而对于本申请的实施例而言，则实现了采用硬件结构实现锂电池低压保护，无需再占用MCU的输入输出引脚与模数转换引脚，进而能够选择价格较低MCU，有利于达到降低成本的目的。

在一实施例中，如图2所示，该锂电池低压保护电路100还包括稳压支路30。其中，稳压支路30的第一端与锂电池200连接，稳压支路30的第二端与比较支路10的第二端连接。

具体地，稳压支路30用于基于锂电池300的电压输出恒定的电压，恒定的电压为参考电压VREF。亦即，稳压支路30基于锂电池的300的电压输出参考电压VREF至比较支路10的第二端。

在一实施例中，该锂电池低压保护电路100还包括分压支路40。分压支路40的第一端与锂电池200连接，分压支路40的第二端与比较支路10的第一端连接。

具体地，分压支路40用于对锂电池200的电压进行分压，并输出第一电压至比较支路10的第一端。比较支路10还用于在第一电压大于参考电压VREF时输出第一信号至开关支路20的第一端，以及比较支路10还用于在第一电压小于或等于参考电压VREF时输出第二信号至开关支路20的第一端。在该实施例中，通过调整分压支路40，以调整第一电压的大小，能够使输入至比较支路10第一端的电压(即第一电压)在比较支路10允许输入的电压范围内，以防止比较支路10因输入电压过高而损坏，有利于对比较支路10起到保护作用。

请参照图3，图3中示例性示出了锂电池低压保护电路100的一种电路结构。

在一实施例中，如图3所示，比较支路10包括比较器U1与第一电容C1。

其中，比较器U1的第一输入端分别与比较器U1的电源端、第一电容C1的第一端及锂电池200连接，比较器U1的第二输入端用于输入参考电压VREF，比较器U1的输出端与开关支路30的第一端连接，第一电容C1的第二端接地GND。比较器U1的第一输入端为比较支路10的第一端，比较器U1的第二输入端为比较支路10的第二端，比较器U1的输出端为比较支路10的第三端。

在该实施例中，以比较器U1的第一输入端为同相输入端，且比较器U1的第二输入端为反向输入端为例。当比较器U1同相输入端的电压大于比较器U1反相输入端的电压时，比较器U1输出高电平；当比较器U1同相输入端的电压小于或等于比较器U1反相输入端的电压时，比较器U1输出低电平。第一电容C1用于进行滤波。

在一实施例中，稳压支路30包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2与稳压器U2；

其中，第三电阻R3的第一端与锂电池200连接，第三电阻R3的第二端分别与稳压器U2的阴极(即稳压器U2的第2引脚)、第四电阻R4的第一端及比较支路10的第二端连接，第四电阻R4的第二端分别与稳压器U2的参考端(即稳压器U2的第1引脚)、第五电阻R5的第一端及第二电容C2的第一端连接，第五电阻R5的第二端、第二电容C2的第二端及稳压器U2的阴极(即稳压器U2的第3引脚)均接地GND。第三电阻R3的第一端为稳压支路30的第一端，第三电阻R3的第二端为稳压支路30的第二端。

具体地，第三电阻R3、第四电阻R4与第五电阻R5用于对锂电池200的电压进行分压。当第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接端的电压大于稳压器U2参考端的基准电压时，稳压器U2导通，即稳压器U2的第2引脚与第3引脚连通，此时稳压器U2的第2引脚上的电压被拉低。稳压器U2的第2引脚上的电压被拉低后，导致第四电阻R4与第五电阻R5上分压降低，则第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接端的电压降低。当第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接端的电压降低到小于稳压器U2参考端的基准电压后，稳压器U2截止，稳压器U2的第2引脚上的电压又上升，第四电阻R4与第五电阻R5上分压增大，第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接端的电压电压又回升。当第四电阻R4与第五电阻R5之间的连接端的电压回升到大于稳压器U2参考端的基准电压后，稳压器U2又导通。按照上述方式循环往复，能够使参考端的电压始终动态稳压在基准电压。其中，稳压器U2参考端的基准电压由所选择稳压器U2的特性决定，例如，在一些实施方式中，稳压器U2选择型号为LM431的三端可调分流并联稳压器，则该稳压器参考端的基准电压为2.5V。

继而，根据稳压器U2内部结构，可得到稳压器U2的第2引脚的电压(该电压也为参考电压VREF)为：VREF＝V0*(1+r4/r5)(1)。其中，V0为稳压器参考端的基准电压，r4为第四电阻R4的电阻值，r5为第五电阻R5的电阻值。由公式(1)可知，当稳压器U2选型确定后，稳压器U2参考端的基准电压为恒定值，则参考电压VREF也为恒定值。

在一实施例中，分压支路40包括第六电阻R6与第七电阻R7。

其中，第六电阻R6的第一端与锂电池200连接，第六电阻R6的第二端分别与第七电阻R7的第一端及比较支路10的第一端连接，第七电阻R7的第二端接地GND。第六电阻R6的第一端为分压支路40的第一端，第六电阻R6的第二端为分压支路40的第二端。

具体地，第六电阻R6与第七电阻R7用于对锂电池200的电压进行分压。锂电池200的电压在第七电阻R7上的分压即为输入至比较器U1第一输入端的电压。当锂电池200的电压在第七电阻R7上的分压大于参考电压VREF时，比较器U1输出高电平；当锂电池200的电压在第七电阻R7上的分压小于或等于参考电压VREF时，比较器U1输出低电平。

在一实施例中，开关支路20包括第一开关单元21与第二开关单元22。

其中，第一开关单元21的第一端与比较支路10的第三端连接，第一开关单元21的第二端与第二开关单元22的第一端连接，第二开关单元22的第二端与锂电池200连接，第二开关单元22的第三端与负载300连接。第一开关单元21的第一端为开关支路20的第一端，第二开关单元22的第二端为开关支路20的第二端，第二开关单元22的第三端为开关支路20的第三端。

具体地，第一开关单元21用于响应于第一信号而导通，以输入第一电平信号至第二开关单元22的第一端。第一开关单元21还用于响应于第二信号而断开。第二开关单元22用于响应于第一电平信号而导通，以建立锂电池200与负载300之间的连接。第二开关单元22还用于在第一开关单元21断开时断开，以断开锂电池200与负载300之间的连接。

在该实施例中，通过设置第一开关单元21与第二开关单元22，有助于增强驱动第二开关单元22的能力，以使第二开关单元22能够稳定导通或关断，从而能够提高锂电池200供电的稳定性。

在一实施例中，第一开关单元21包括第一电阻R1与第一开关管Q1；

第一电阻R1的第一端与比较支路10的第三端连接，第一电阻R1的第二端与第一开关管Q1的第一端连接，第一开关管Q1的第二端接地GND，第一开关管Q1的第三端与第二开关单元22的第一端连接。第一电阻R1的第一端为第一开关单元21的第一端，第一开关管Q1的第三端为第一开关单元21的第二端。

具体地，第一电阻R1为限流电阻。当比较器U1输出高电平时，第一开关管Q1导通，以使第二开关单元21的第一端接地GND，对应于将第一电平信号(此时为低电平信号)输入至第二开关单元21的第一端；当比较器U1输出低电平时，第一开关管Q1关断，第二开关单元21的第一端与地GND之间的连接被断开。

其中，在该实施例中，以第一开关管Q1为NPN型三极管为例。NPN型三极管的基极为第一开关管Q1的第一端，NPN型三极管的发射极为第一开关管Q1的第二端，NPN型三极管的集电极为第一开关管Q1的第三端。

除此之外，第一开关管Q1可以是任何可控开关，比如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、集成门极换流晶闸管(IGCT)器件、门极关断晶闸管(GTO)器件、可控硅整流器(SCR)器件、结栅场效应晶体管(JFET)器件、MOS控制晶闸管(MCT)器件等。

在一实施例中，第二开关单元22包括第二电阻R2与第二开关管Q2。

其中，第二电阻R2的第一端分别与第二开关管Q2的第一端及第一开关单元21的第二端连接，第二电阻R2的第二端分别与第二开关管Q2的第二端及锂电池200连接，第二开关管Q2的第三端与负载300连接。

具体地，当第一开关管Q1导通时，第二开关管Q2的第一端通过第二电阻R2接地GND，即第二开关管Q2的第一端输入第一电平信号(此时为低电平信号)，第二开关管Q2导通。继而，锂电池200与负载300之间连通，锂电池200为负载300供电。

当第一开关管Q1关断时，第二开关管Q2的第一端与地GND之间的连接被断开，第二开关管Q2关断。继而，锂电池200与负载300之间的连接被断开。锂电池200停止为负载300供电，即锂电池200停止放电，从而实现了锂电池200的低压保护。

其中，在该实施例中，以第二开关管Q2为PMOS管为例。PMOS管的栅极为第二开关管Q2的第一端，PMOS管的源极为第二开关管Q2的第二端，PMOS管的漏极为第二开关管Q2的第三端。

除此之外，第二开关管Q2可以是任何可控开关，比如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、集成门极换流晶闸管(IGCT)器件、门极关断晶闸管(GTO)器件、可控硅整流器(SCR)器件、结栅场效应晶体管(JFET)器件、MOS控制晶闸管(MCT)器件等。

本申请实施例还提供一种锂电池供电设备，该锂电池供电设备包括锂电池以及本申请任一实施例中的锂电池低压保护电路100。其中，锂电池供电设备指的是采用锂电池进行供电的设备，例如无人机等电子设备。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，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申请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申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池低压保护电路，其特征在于，包括：

比较支路与开关支路；

所述比较支路的第一端分别与所述开关支路的第二端及所述锂电池连接，所述比较支路的第二端用于输入参考电压，所述比较支路的第三端与所述开关支路的第一端连接，所述开关支路的第三端与负载连接；

所述比较支路用于在所述锂电池的电压大于所述参考电压时输出第一信号至所述开关支路的第一端，并用于在所述锂电池的电压小于或等于所述参考电压时输出第二信号至所述开关支路的第一端；

所述开关支路用于响应于所述第一信号而导通，以建立所述锂电池与所述负载之间的连接，所述开关支路还用于响应于所述第二信号而断开，以断开所述锂电池与所述负载之间的连接。

2.根据权利要求1所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述锂电池低压保护电路还包括稳压支路；

所述稳压支路的第一端与所述锂电池连接，所述稳压支路的第二端与所述比较支路的第二端连接；

所述稳压支路用于基于所述锂电池的电压输出恒定的电压，所述恒定的电压为所述参考电压。

3.根据权利要求1所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述锂电池低压保护电路还包括分压支路；

所述分压支路的第一端与所述锂电池连接，所述分压支路的第二端与所述比较支路的第一端连接；

所述分压支路用于对所述锂电池的电压进行分压，并输出第一电压至所述比较支路的第一端；

所述比较支路还用于在所述第一电压大于所述参考电压时输出第一信号至所述开关支路的第一端，以及用于在所述第一电压小于或等于所述参考电压时输出第二信号至所述开关支路的第一端。

4.根据权利要求1所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述比较支路包括比较器与第一电容；

所述比较器的第一输入端分别与所述比较器的电源端、所述第一电容的第一端及所述锂电池连接，所述比较器的第二输入端用于输入所述参考电压，所述比较器的输出端与所述开关支路的第一端连接，所述第一电容的第二端接地。

5.根据权利要求1所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述开关支路包括第一开关单元与第二开关单元；

所述第一开关单元的第一端与所述比较支路的第三端连接，所述第一开关单元的第二端与所述第二开关单元的第一端连接，所述第二开关单元的第二端与所述锂电池连接，所述第二开关单元的第三端与所述负载连接；

所述第一开关单元用于响应于所述第一信号而导通，以输入第一电平信号至所述第二开关单元的第一端，所述第一开关单元还用于响应于所述第二信号而断开；

所述第二开关单元用于响应于所述第一电平信号而导通，以建立所述锂电池与所述负载之间的连接，所述第二开关单元还用于在所述第一开关单元断开时断开，以断开所述锂电池与所述负载之间的连接。

6.根据权利要求5所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一电阻与第一开关管；

所述第一电阻的第一端与所述比较支路的第三端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的第一端连接，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的第三端与所述第二开关单元的第一端连接。

7.根据权利要求5所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二电阻与第二开关管；

所述第二电阻的第一端分别与所述第二开关管的第一端及所述第一开关单元的第二端连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第二开关管的第二端及所述锂电池连接，所述第二开关管的第三端与所述负载连接。

8.根据权利要求2所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述稳压支路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容与稳压器；

所述第三电阻的第一端与所述锂电池连接，所述第三电阻的第二端分别与所述稳压器的阴极、所述第四电阻的第一端及所述比较支路的第二端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述稳压器的参考端、所述第五电阻的第一端及所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的第二端、所述第二电容的第二端及所述稳压器的阳极均接地。

9.根据权利要求3所述的锂电池低压保护电路，其特征在于，所述分压支路包括第六电阻与第七电阻；

所述第六电阻的第一端与所述锂电池连接，所述第六电阻的第二端分别与所述第七电阻的第一端及所述比较支路的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地。

10.一种锂电池供电设备，其特征在于，包括锂电池以及如权利要求1-9任意一项所述的锂电池低压保护电路。

Images