CN219227247U - 充放电保护电路、电池系统及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充放电保护电路、电池系统及机器人，充放电保护电路包括：MOS管和控制电路，MOS管的漏极和源极分别与电源适配器和电池相连，控制电路与MOS管的栅极和电源适配器相连，控制电路在电源适配器产生的控制信号的控制下控制MOS管导通。本实用新型的充放电保护电路、电池系统及机器人，通过充放电保护电路能够防止电源反接对电路板、电池等设备造成损害；避免现有技术中采用二极管方案，导致电源适配器电压与电池电压不一致，电池充不满电，同时避免了二极管充电时会有额外功耗的问题；通过控制电路对MOS管的导通和关断进行控制，避免在电源适配器拔掉时，MOS管无法正常关断对外供电造成危险，提高了电池充电电压，增大电池的电量利用率。

Description

充放电保护电路、电池系统及机器人

技术领域

本实用新型是关于电池控制技术领域，特别是关于一种充放电保护电路、电池系统及机器人。

背景技术

机器人内部通常带有电池，使用电池为机器人供电，机器人带有电源充电接口。常用方案是在电源输入端会接二极管或者MOS管，防反向电流，避免电源正负极反接而损毁电路。使用二极管的方案中，在正常充电时二极管会有压降，造成电池电压与电源适配器电压压差过大，电池包充不满电，并且二极管的压降导致充电时二极管会有额外功耗。使用MOS管的方案中，电池包有电的情况下插拔充电器，MOS管无法正常关断，充电口有电流输出的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种充放电保护电路、电池系统及机器人，其能够解决在电源输入端接二极管或者MOS管所带来的问题。

为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种充放电保护电路，包括：MOS管和控制电路，所述MOS管的漏极和源极分别与电源适配器和电池相连，所述控制电路与MOS管的栅极和电源适配器相连，所述控制电路在电源适配器产生的控制信号的控制下通过控制MOS管的栅极以控制MOS管导通。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述控制电路包括输入电路、开关管和偏置电路，所述开关管的控制端与输入电路相连以接收控制信号，所述开关管的第一端通过偏置电路与MOS管的栅极相连，所述开关管的第二端与地相连。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述输入电路包括第三电阻、第四电阻和第三电容，所述第三电阻的第一端用于接收控制信号，所述第三电阻的第二端与开关管的控制端相连，所述第四电阻和第三电容的第一端与开关管的控制端相连，所述第四电阻和第三电容的第二端与地相连。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述偏置电路包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与MOS管的栅极相连，所述第二电阻的第二端与开关管的第一端相连。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述充放电保护电路还包括与MOS管的源极和栅极相连的钳位电路，所述钳位电路用于钳位MOS管的栅极和源极之间的电压。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述钳位电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的阴极与MOS管的源极相连，所述齐纳二极管的阳极与MOS管的栅极相连。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述钳位电路还包括第一电阻和第二电容，所述第一电阻的第一端与MOS管的源极相连，所述第一电阻的第二端与MOS管的栅极相连，所述第二电容的第一端与MOS管的源极相连，所述第二电容的第二端与MOS管的栅极相连。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述充放电保护电路还包括瞬态二极管和第一电容，所述瞬态二极管的第一端与MOS管的漏极相连，所述瞬态二极管的第二端与地相连，所述第一电容的第一端与MOS管的漏极相连，所述第一电容的第二端与地相连。

本发明还公开了一种电池系统，包括输入接口、电池以及所述的充放电保护电路，所述输入接口、充放电保护电路和电池依次相连。

本发明还公开了一种机器人，包括所述的电池系统。

与现有技术相比，根据本实用新型的充放电保护电路、电池系统及机器人，通过充放电保护电路能够防止电源极性反接而对电路板、电池等设备造成损害；避免现有技术中采用二极管方案，导致电源适配器电压与电池电压不一致，电池充不满电，同时避免了二极管充电时会有额外功耗的问题；通过控制电路对MOS管的导通和关断进行控制，避免单纯使用MOS管而在电源适配器拔掉后，MOS管无法正常关断对外供电造成危险，提高了电池充电电压，增大电池的电量利用率。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的充放电保护电路的电路原理图。

图2是根据本实用新型一实施例的电池系统的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施例进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施例的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件，或与另一元件“相连”，或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种充放电保护电路，包括：MOS管Q1、控制电路10和钳位电路20。MOS管，是MOSFET管的缩写。中文名为金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。MOS管具有三个极，分别为G：gate-栅极；S：source-源极；D：drain-漏极。MOS管的source(源极)和drain(漏极)是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能，所以，这样的器件被认为是对称的。

在本实施例中，MOS管Q1为PMOS管，MOS管Q1的漏极与电源适配器的正连接口P+相连，MOS管Q1的源极与电池的正极VBAT+相连。控制电路10与MOS管Q1的栅极和电源适配器的信号连接口Ctrl以及地相连，当充放电保护电路与电源适配器相连，且电源适配器与电源相连时，电源适配器通过信号连接口Ctrl输出控制信号，控制电路10在电源适配器产生的控制信号的控制下通过控制MOS管Q1的栅极以控制MOS管Q1导通，从而使得电源适配器与电池相连通而进行充电。当拔掉电源适配器后，控制信号中断，从而关闭MOS管Q1，避免对外供电。在其他实施例中，MOS管Q1的漏极可以与电池的正极VBAT+相连，MOS管Q1的源极可以与电源适配器的正连接口P+相连。

在本实施例中，电源适配器的负连接口P-以及电池的负极VBAT-也与地相连。电源适配器的正连接口P+、信号连接口Ctrl和负连接口P-组成三针防反插接头以防止反接。MOS管Q1的漏极、控制电路10的控制信号接收端以及控制电路10与负连接口P-相连的端口组成三针防反插充电接口。

具体的，控制电路10包括输入电路11、开关管Q2和偏置电路12。

在本实施例中，开关管Q2为NPN三极管，开关管Q2的基极与输入电路11相连以接收控制信号，开关管Q2的集电极通过偏置电路12与MOS管Q1的栅极相连，开关管Q2的发射极与地相连。在其他实施例中，开关管Q2可以为NMOS管。通过输入电路11和偏置电路12配合实现开关管Q2的导通和关断。

若有控制信号产生并输送至开关管Q2的基极，则开关管Q2导通，此时MOS管Q1的栅极被拉低至地电压，从而使得MOS管Q1导通。在本实施例中，开关管Q2为NPN三极管，即需要开关管Q2的基极上的电压大于开关管Q2的发射极上的电压(约0.7V)，开关管Q2才能导通。开关管Q2导通后，MOS管Q1的栅极相当于直接连接到地，MOS管Q1作为PMOS管，在MOS管Q1的源极与电池的正极VBAT+相连而为高电平的情况下，MOS管Q1则导通。

输入电路11包括第三电阻R3、第四电阻R4和第三电容C3。第三电阻R3的第一端用于接收控制信号，第三电阻R3的第二端与开关管Q2的基极相连，第四电阻R4和第三电容C3的第一端与开关管Q2的基极相连，第四电阻R4和第三电容C3的第二端与地相连。在本实施例中，通过第三电阻R3给开关管Q2的基极提供偏置电压。通过第四电阻R4和第三电容C3组成滤波电路而对控制信号进行滤波，减少控制信号上的毛刺，使得控制信号更加平稳。

偏置电路12包括第二电阻R2。第二电阻R2的第一端与MOS管Q1的栅极相连，第二电阻R2的第二端与开关管Q2的集电极相连。在本实施例中，通过第二电阻R2给开关管Q2的集电极提供偏置电压，确保开关管Q2能够导通。

另外，如图1所示，充放电保护电路还包括与MOS管Q1的源极和栅极相连的钳位电路20，钳位电路20用于钳位MOS管Q1的栅极和源极之间的电压Vgs。

具体的，钳位电路20包括齐纳二极管D1、第一电阻R1和第二电容C2。

齐纳二极管D1的阴极与MOS管Q1的源极相连，齐纳二极管D1的阳极与MOS管Q1的栅极相连。通过齐纳二极管D1对MOS管Q1的栅极和源极之间的电压Vgs进行钳位，使得电压Vgs处于MOS管Q1允许的范围之内，防止电压Vgs超过MOS管Q1的工作电压而导致MOS管Q1击穿。

第一电阻R1的第一端与MOS管Q1的源极相连，第一电阻R1的第二端与MOS管Q1的栅极相连，第二电容C2的第一端与MOS管Q1的源极相连，第二电容C2的第二端与MOS管Q1的栅极相连。在本实施例中，第一电阻R1和第二电容C2组成滤波电路以对MOS管Q1的栅极和源极之间的电压Vgs进行滤波，使得电压Vgs的稳定，确保MOS管Q1导通时的稳定。

如图1所示，充放电保护电路还包括瞬态二极管D2和第一电容C1。瞬态二极管D2的第一端与MOS管Q1的漏极相连，瞬态二极管D2的第二端与地相连。第一电容C1的第一端与MOS管Q1的漏极相连，第一电容C1的第二端与地相连。在本实施例中，瞬态二极管D2用于吸收在充放电保护电路与电源接通时受到的瞬态电流，从而对充放电保护电路进行保护。第一电容C1用于对输入电压进行滤波，确保输入电压平滑、稳定。

在本实施例中，MOS管Q1为PMOS管而提供防反接保护。在其他实施例中，MOS管Q1也可以为NMOS管，但作为NMOS管，则MOS管Q1需接入电源适配器的负连接口P-与电池的负极VBAT-之间，而对应的开关管Q2则为PNP三极管。或者在其他实施例中，开关管Q2也可以为PMOS管。

如图2所示，本实用新型还公开了一种电池系统，包括输入接口、电池以及充放电保护电路。输入接口、充放电保护电路和电池依次相连。输入接口用于与电源适配器相连。输入接口上设置有正接口、负接口和信号接口，输入接口的正接口与电源适配器的正连接口P+相对应，输入接口的负接口与电源适配器的负连接口P-相对应，输入接口的信号接口和电源适配器的信号连接口Ctrl相对应。

本实用新型还公开了一种机器人，包括上述的电池系统。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种充放电保护电路，其特征在于，包括：MOS管和控制电路，所述MOS管的漏极和源极分别与电源适配器和电池相连，所述控制电路与MOS管的栅极和电源适配器相连，所述控制电路在电源适配器产生的控制信号的控制下通过控制MOS管的栅极以控制MOS管导通。

2.如权利要求1所述的充放电保护电路，其特征在于，所述控制电路包括输入电路、开关管和偏置电路，所述开关管的控制端与输入电路相连以接收控制信号，所述开关管的第一端通过偏置电路与MOS管的栅极相连，所述开关管的第二端与地相连。

3.如权利要求2所述的充放电保护电路，其特征在于，所述输入电路包括第三电阻、第四电阻和第三电容，所述第三电阻的第一端用于接收控制信号，所述第三电阻的第二端与开关管的控制端相连，所述第四电阻和第三电容的第一端与开关管的控制端相连，所述第四电阻和第三电容的第二端与地相连。

4.如权利要求2所述的充放电保护电路，其特征在于，所述偏置电路包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与MOS管的栅极相连，所述第二电阻的第二端与开关管的第一端相连。

5.如权利要求1所述的充放电保护电路，其特征在于，所述充放电保护电路还包括与MOS管的源极和栅极相连的钳位电路，所述钳位电路用于钳位MOS管的栅极和源极之间的电压。

6.如权利要求5所述的充放电保护电路，其特征在于，所述钳位电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管的阴极与MOS管的源极相连，所述齐纳二极管的阳极与MOS管的栅极相连。

7.如权利要求6所述的充放电保护电路，其特征在于，所述钳位电路还包括第一电阻和第二电容，所述第一电阻的第一端与MOS管的源极相连，所述第一电阻的第二端与MOS管的栅极相连，所述第二电容的第一端与MOS管的源极相连，所述第二电容的第二端与MOS管的栅极相连。

8.如权利要求1所述的充放电保护电路，其特征在于，所述充放电保护电路还包括瞬态二极管和第一电容，所述瞬态二极管的第一端与MOS管的漏极相连，所述瞬态二极管的第二端与地相连，所述第一电容的第一端与MOS管的漏极相连，所述第一电容的第二端与地相连。

9.一种电池系统，其特征在于，包括输入接口、电池以及如权利要求1～8任一项所述的充放电保护电路，所述输入接口、充放电保护电路和电池依次相连。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池系统。

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