CN219477620U - 一种低压断电和充电激活电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体公开了一种低压断电和充电激活电路，包括MCU电源模块、MCU控制器和AFE芯片，所述MCU电源模块包括第一稳压单元、开关单元、第二稳压单元、低压断电单元和充电激活单元；所述第一稳压单元的输入端连接电池输出正端，第一稳压单元的输出端连接开关单元的第一端，所述开关单元的第二端连接第二稳压单元的输入端，第二稳压单元的输出端连接MCU控制器，低压断电单元的输入端连接AFE芯片，MCU控制器连接AFE芯片，充电激活单元的输入端用于接入充电器，低压断电单元和充电激活单元的输出端均连接开关单元的受控端；本实用新型能够最大程度的延长电池的使用寿命，避免因长时间存放导致电池组电压过低而报废造成的损失。

Description

一种低压断电和充电激活电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种低压断电和充电激活电路。

背景技术

由于锂电池具有绿色环保、无记忆效应、对环境温差变化适应性强以及具有高功率承受力等特性，因此，越来越多的电子设备采用锂电池进行供电。

当大多数电子设备处于关机极端或者因各种原因而长期不使用锂电池时，由于锂电池自放电的原因，导致电压逐渐下降，当电压低于锂电池保护板设定的最低阈值电压时，会降低锂电池的使用寿命，甚至使锂电池报废，造成不必要的损失。

实用新型内容

针对上述存在的因自放电原因导致锂电池使用寿命降低、报废以及造成不必要损失等问题，本实用新型提供了一种低压断电和充电激活电路，能够最大程度的延长电池的使用寿命，避免因长时间存放导致电池组电压过低而报废造成的损失。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的具体方案如下：

一种低压断电和充电激活电路，包括MCU电源模块、MCU控制器和AFE芯片，所述MCU电源模块包括第一稳压单元、开关单元、第二稳压单元、低压断电单元和充电激活单元；

所述第一稳压单元的输入端连接电池输出正端，第一稳压单元的输出端连接开关单元的第一端，所述开关单元的第二端连接第二稳压单元的输入端，所述第二稳压单元的输出端连接MCU控制器，所述低压断电单元的输入端连接AFE芯片，所述MCU控制器连接AFE芯片，所述充电激活单元的输入端用于接入充电器，所述低压断电单元和充电激活单元的输出端均连接开关单元的受控端。

在一些实施方案中，所述开关单元包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一端连接第一稳压单元的输出端，第一晶体管的第二端连接第二稳压单元的输入端，第一晶体管的受控端分别连接低压断电单元和充电激活单元的输出端，在低压断电单元或充电激活单元的作用下，使开关单元的第一端和第二端断开或连接，以起到低压断电和充电激活的效果。

在一些实施方案中，所述开关单元还包括第一稳压二极管、第一电容、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端连接第一晶体管的第一端，第一电阻的第二端连接第一晶体管的受控端，所述第一稳压二极管、第一电容均与第一电阻为并联关系；

所述第二电阻的第一端连接第一晶体管的第一端，第二电阻的第二端连接第一晶体管的第二端，第一稳压二极管保护第一晶体管不被损坏，第一电容为储能电容，第一电阻和第二电阻均为分压电阻，确保第一晶体管实现稳定的作业状态。

在一些实施方案中，所述开关单元还包括第一二极管、第二二极管和第三电阻；

所述第一二极管的第一端连接低压断电单元的输出端，所述第二二极管的第一端连接充电激活单元的输出端，所述第一二极管和第二二极管的第二端均连接第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接第一晶体管的受控端，设置第一二极管和第二二极管实现低压断电单元、充电激活单元对开关单元的单独控制功能。

在一些实施方案中，所述第一稳压单元包括第二晶体管和第三晶体管；

所述第二晶体管和第三晶体管的第一端连接电池输出正端，第二晶体管的第二端连接第三晶体管的受控端，第二晶体管的受控端和第三晶体管的第二端连接开关单元的输入端，通过第二晶体管和第三晶体管将电路中电流放大后得到稳定输出电流。

在一些实施方案中，所述第一稳压单元还包括第三二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二稳压二极管和第二电容；

所述第三二极管的第一端连接电池输出正端，第三二极管的第二端连接第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接第五电阻的第一端、第六电阻的第一端和第三晶体管的第一端，所述第五电阻的第二端连接第三晶体管的受控端，所述第六电阻的第二端连接第二晶体管的第一端；

所述第二稳压二极管的第一端连接第二晶体管的受控端，第二稳压二极管的第二端连接第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接第三晶体管的第二端，第四电阻和第五电阻为限流电阻，第二稳压二极管的作用是稳定输出电压，第二电容为储能电容。

在一些实施方案中，所述第二稳压单元包括三端稳压管，所述三端稳压管的输入端连接开关单元的输出端，三端稳压管的输出端连接MCU控制器，三端稳压管将电源降压成MCU控制器所需的供电，实现电路的正常运行功能。

在一些实施方案中，所述第二稳压单元还包括第七电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第三稳压二极管；

所述第七电阻的第一端连接开关单元的输出端，第七电阻的另一端连接三端稳压管的输入端，所述第三电容的第一端连接三端稳压管的输入端，第三电容的第二端连接三端稳压管的接地端，所述第四电容与第三电容为并联关系；

所述第五电容的第一端连接三端稳压管的接地端，第五电容的第二端连接三端稳压管的输出端，所述第六电容、第三稳压二极管与第五电容为并联关系，通过设置多个电容器件，使得电路中平抑电压波动、稳压效果更好，波纹更小。

在一些实施方案中，所述低压断电单元包括第四晶体管，所述第四晶体管的受控端连接AFE芯片，第四晶体管的第一端连接开关单元的受控端，第四晶体管的第二端接地，通过AFE芯片使第四晶体管的第一端和第二端断开或导通，实现低压断电功能或正常的电路功能。

在一些实施方案中，所述充电激活电路包括第五晶体管，所述第五晶体管的受控端用于接入充电器，第五晶体管的第一端连接开关单元的受控端，第五晶体管的第二端接地，通过接入充电器，使第五晶体管的第一端和第二端导通，实现充电激活功能。

本实用新型提供的一种低压断电和充电激活电路，当电压低于锂电池保护板设定的最低阈值电压时，低压断电单元会自动切断电源输出，同时进入极低功耗的模式，把处于低压状态的电池组耗电降到最低，并能通过插入充电器，使充电激活电路激活因电压过低而休眠的电池包，最大程度的延长电池的使用寿命，避免因长时间存放导致电池组电压过低而报废造成的损失。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的一种低压断电和充电激活电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例中提供的MCU电源模块的结构框图；

图3为本实用新型实施例中提供的开关单元的电路原理图；

图4为本实用新型实施例中提供的第一稳压单元的电路原理图；

图5为本实用新型实施例中提供的第二稳压单元的电路原理图；

图6为本实用新型实施例中提供的低压断电单元和充电激活单元的电路原理图；

图7为本实用新型实施例中提供的MCU电源模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本申请的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。

例如，一种低压断电和充电激活电路，包括MCU电源模块、MCU控制器和AFE芯片，所述MCU电源模块包括第一稳压单元、开关单元、第二稳压单元、低压断电单元和充电激活单元；所述第一稳压单元的输入端连接电池输出正端，第一稳压单元的输出端连接开关单元的第一端，所述开关单元的第二端连接第二稳压单元的输入端，所述第二稳压单元的输出端连接MCU控制器，所述低压断电单元的输入端连接AFE芯片，所述MCU控制器连接AFE芯片，所述充电激活单元的输入端用于接入充电器，所述低压断电单元和充电激活单元的输出端均连接开关单元的受控端。

本实施例提供的一种低压断电和充电激活电路，当电压低于锂电池保护板设定的最低阈值电压时，低压断电单元会自动切断电源输出，同时进入极低功耗的模式，把处于低压状态的电池组耗电降到最低，并能通过插入充电器，使充电激活电路激活因电压过低而休眠的电池包，最大程度的延长电池的使用寿命，避免因长时间存放导致电池组电压过低而报废造成的损失。

实施例一：

如图1和图2所示，一种低压断电和充电激活电路，包括MCU电源模块、MCU控制器和AFE芯片，其中，MCU电源模块用于为MCU控制器和AFE芯片进行供电，AFE芯片用于采集电池单节电压等信息，通讯传输给MCU控制器，通过MCU控制器来决定AFE芯片输出高电平或低电平至MCU电源模块的输入端。

第一稳压单元的输入端连接电池输出正端，通过电池输出正端进行供电，第一稳压单元的输出端连接开关单元的第一端，第一稳压单元用于输出12V的稳定电压至开关单元，开关单元的第二端连接第二稳压单元的输入端，第二稳压单元的输出端连接MCU控制器，12V的稳定电压经开关单元到第二稳压单元后，通过第二稳压单元将12V的稳定电压降压至3.3V，以满足MCU控制器的供电需求。低压断电单元的输入端连接AFE芯片，MCU控制器连接AFE芯片，AFE芯片用于采集电池单节电压等信息，通讯传输给MCU控制器，当AFE芯片采集到电池单节电压低于设定值时，即低于欠压值时，MCU控制器控制AFE芯片的连接引脚输出低电平至低压断电单元，使开关单元断开，实现低压断电功能。充电激活单元的输入端用于接入充电器，低压断电单元和充电激活单元的输出端均连接开关单元的受控端，当充电器接入充电激活单元的输入端后，在充电激活单元的作用下导通开关单元，实现充电激活功能。

在具体应用过程中，第一稳压单元用于输出12V的稳定电压降压至3.3V，输出作为开关单元的驱动电源，12V的稳定电压经第二稳压单元后降压至3.3V，以满足MCU控制器的供电需求，低压断电单元和充电激活单元则相当于开关单元的关断、开启电路，用于控制开关单元的关断与开启。

低压关断单元只有在MCU控制器工作时启用，AFE芯片的ship引脚的控制逻辑是经过AFE芯片采集电池单节电压等信息，通讯传输给MCU控制器来决定ship引脚的状态，ship引脚连接至低压关断单元的输入端，当保护板工作在正常状态时，ship引脚持续高电平保持开关单元的导通，以确保对AFE芯片和MCU控制器的供电，当检测到电池单节电压低于设定值时，即低于欠压值时，ship引脚输出拉低信号，使开关单元断开，关闭对AFE芯片和MCU控制器的供电，使得保护板进入深度休眠模式，产生极低功耗。

充电激活单元的关断逻辑必须是在低压断电单元关断前关闭，否则MCU控制器将无法断电，其主要作用是在保护板进入深度休眠状态后，当充电器接上充电激活单元的输入端时，既能够导通开关单元，使得AFE芯片和MCU控制器进入正常工作状态。

本示例中提供的一种低压断电和充电激活电路，当电压低于锂电池保护板设定的最低阈值电压时，低压断电单元会自动切断电源输出，同时进入极低功耗的模式，把处于低压状态的电池组耗电降到最低，并能通过插入充电器，使充电激活电路激活因电压过低而休眠的电池包，最大程度的延长电池的使用寿命，避免因长时间存放导致电池组电压过低而报废造成的损失。

实施例二：

参考图3，开关单元包括第一晶体管，第一晶体管为Q1，第一晶体管Q1的第一端连接第一稳压单元的输出端，第一晶体管Q1的第二端连接第二稳压单元的输入端，第一晶体管Q1的受控端分别连接低压断电单元和充电激活单元的输出端，在低压断电单元或充电激活单元的作用下，使第一晶体管Q1的第一端和第二端断开或连接，以起到低压断电和充电激活的效果。

在一些实施方案中，开关单元还包括第一稳压二极管、第一电容、第一电阻和第二电阻，其中，第一稳压二极管为ZD1，第一电容为C1，第一电阻为R1，第二电阻为R2。

第一电阻R1的第一端连接第一晶体管Q1的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一晶体管Q1的受控端，第一稳压二极管ZD1、第一电容C1均与第一电阻R1为并联关系。

第二电阻R2的第一端连接第一晶体管Q1的第一端，第二电阻R2的第二端连接第一晶体管Q1的第二端，第一稳压二极管ZD1保护第一晶体管Q1不被损坏，第一电容C1为储能电容，第一电阻R1和第二电阻R2均为分压电阻，确保第一晶体管Q1实现稳定的作业状态。

进一步的，开关单元还包括第一二极管、第二二极管和第三电阻，第一二极管为D1，第二二极管为D2，第三电阻为R3。

具体的，第一二极管D1的第一端连接低压断电单元的输出端，第二二极管D2的第一端连接充电激活单元的输出端，第一二极管D1和第二二极管D2的第二端均连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端连接第一晶体管Q1的受控端，设置第一二极管D1和第二二极管D2实现低压断电单元、充电激活单元对开关单元的单独控制功能。

实施例三：

如图4所示，第一稳压单元包括第二晶体管和第三晶体管，第二晶体管为Q2，第三晶体管为Q3。

其中，第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的第一端连接电池输出正端BATT+，第二晶体管Q2的第二端连接第三晶体管Q2的受控端，第二晶体管Q2的受控端和第三晶体管Q3的第二端连接开关单元的输入端，通过第二晶体管Q2和第三晶体管Q3将电路中电流放大后得到稳定输出电流。

在一些实施方案中，第一稳压单元还包括第三二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二稳压二极管和第二电容，其中，第三二极管为D3，第四电阻为R4，第五电阻为R5，第六电阻为R6，第二稳压二极管为ZD2，第二电容为C2。

第三二极管D3的第一端连接电池输出正端BATT+，第三二极管D3的第二端连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第五电阻R5的第一端、第六电阻R6的第一端和第三晶体管Q3的第一端，第五电阻R5的第二端连接第三晶体管Q3的受控端，第六电阻R6的第二端连接第二晶体管Q2的第一端。

第二稳压二极管ZD2的第一端连接第二晶体管Q2的受控端，第二稳压二极管ZD2的第二端连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第三晶体管Q3的第二端，第四电阻R4和第五电阻R5为限流电阻，第二稳压二极管ZD2的作用是稳定输出电压，第二电容C2为储能电容。

实施例四：

如图5所示，第二稳压单元包括三端稳压管，三端稳压管为U1，三端稳压管U1的输入端连接开关单元的输出端，三端稳压管U1的输出端连接MCU控制器，三端稳压管U1将电源降压成MCU控制器所需的供电，实现电路的正常运行功能。

在一些实施方案中，第二稳压单元还包括第七电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第三稳压二极管，第七电阻为R7，第三电容为C3，第四电容为C4，第五电容为C5，第六电容为C6，第三稳压二极管为ZD3。

具体的，第七电阻R7的第一端连接开关单元的输出端，第七电阻R7的另一端连接三端稳压管U1的输入端，第三电容C3的第一端连接三端稳压管U1的输入端，第三电容C3的第二端连接三端稳压管U1的接地端，第四电容C4与第三电容C3为并联关系。

第五电容C5的第一端连接三端稳压管U1的接地端，第五电容C5的第二端连接三端稳压管U1的输出端，第六电容C6、第三稳压二极管ZD3与第五电容C5为并联关系，通过设置多个电容器件，使得电路中平抑电压波动、稳压效果更好，波纹更小。

实施例五：

如图6和图7所示，低压断电单元包括第四晶体管，第四晶体管为Q4，第四晶体管Q4的受控端连接AFE芯片，第四晶体管的第一端连接开关单元的受控端，第四晶体管Q4的第二端接地，通过AFE芯片使第四晶体管Q4的第一端和第二端断开或导通，实现低压断电功能或正常的电路功能。

充电激活电路包括第五晶体管，第五晶体管为Q5，第五晶体管Q5的受控端用于接入充电器，第五晶体管Q5的第一端连接开关单元的受控端，第五晶体管Q5的第二端接地，通过接入充电器，使第五晶体管Q5的第一端和第二端导通，实现充电激活功能。

综上所述，本实用新型提供的一种低压断电和充电激活电路，当电压低于锂电池保护板设定的最低阈值电压时，低压断电单元会自动切断电源输出，同时进入极低功耗的模式，把处于低压状态的电池组耗电降到最低，并能通过插入充电器，使充电激活电路激活因电压过低而休眠的电池包，最大程度的延长电池的使用寿命，避免因长时间存放导致电池组电压过低而报废造成的损失。

本文所使用的术语“模块”可为在该运算系统上执行的软件或硬件对象。本文所述的不同组件、模块、引擎及服务可为在该运算系统上的实施对象。而本文所述的装置及方法可以以软件的方式进行实施，当然也可在硬件上进行实施，均在本申请保护范围之内。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

Claims (10)

1.一种低压断电和充电激活电路，其特征在于，包括MCU电源模块、MCU控制器和AFE芯片，所述MCU电源模块包括第一稳压单元、开关单元、第二稳压单元、低压断电单元和充电激活单元；

所述第一稳压单元的输入端连接电池输出正端，第一稳压单元的输出端连接开关单元的第一端，所述开关单元的第二端连接第二稳压单元的输入端，所述第二稳压单元的输出端连接MCU控制器，所述低压断电单元的输入端连接AFE芯片，所述MCU控制器连接AFE芯片，所述充电激活单元的输入端用于接入充电器，所述低压断电单元和充电激活单元的输出端均连接开关单元的受控端。

2.根据权利要求1所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述开关单元包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一端连接第一稳压单元的输出端，第一晶体管的第二端连接第二稳压单元的输入端，第一晶体管的受控端分别连接低压断电单元和充电激活单元的输出端。

3.根据权利要求2所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述开关单元还包括第一稳压二极管、第一电容、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端连接第一晶体管的第一端，第一电阻的第二端连接第一晶体管的受控端，所述第一稳压二极管、第一电容均与第一电阻为并联关系；

所述第二电阻的第一端连接第一晶体管的第一端，第二电阻的第二端连接第一晶体管的第二端。

4.根据权利要求3所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述开关单元还包括第一二极管、第二二极管和第三电阻；

所述第一二极管的第一端连接低压断电单元的输出端，所述第二二极管的第一端连接充电激活单元的输出端，所述第一二极管和第二二极管的第二端均连接第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接第一晶体管的受控端。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述第一稳压单元包括第二晶体管和第三晶体管；

所述第二晶体管和第三晶体管的第一端连接电池输出正端，第二晶体管的第二端连接第三晶体管的受控端，第二晶体管的受控端和第三晶体管的第二端连接开关单元的输入端。

6.根据权利要求5所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述第一稳压单元还包括第三二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二稳压二极管和第二电容；

所述第三二极管的第一端连接电池输出正端，第三二极管的第二端连接第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接第五电阻的第一端、第六电阻的第一端和第三晶体管的第一端，所述第五电阻的第二端连接第三晶体管的受控端，所述第六电阻的第二端连接第二晶体管的第一端；

所述第二稳压二极管的第一端连接第二晶体管的受控端，第二稳压二极管的第二端连接第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接第三晶体管的第二端。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述第二稳压单元包括三端稳压管，所述三端稳压管的输入端连接开关单元的输出端，三端稳压管的输出端连接MCU控制器。

8.根据权利要求7所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述第二稳压单元还包括第七电阻、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第三稳压二极管；

所述第七电阻的第一端连接开关单元的输出端，第七电阻的另一端连接三端稳压管的输入端，所述第三电容的第一端连接三端稳压管的输入端，第三电容的第二端连接三端稳压管的接地端，所述第四电容与第三电容为并联关系；

所述第五电容的第一端连接三端稳压管的接地端，第五电容的第二端连接三端稳压管的输出端，所述第六电容、第三稳压二极管与第五电容为并联关系。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述低压断电单元包括第四晶体管，所述第四晶体管的受控端连接AFE芯片，第四晶体管的第一端连接开关单元的受控端，第四晶体管的第二端接地。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的低压断电和充电激活电路，其特征在于，所述充电激活电路包括第五晶体管，所述第五晶体管的受控端用于接入充电器，第五晶体管的第一端连接开关单元的受控端，第五晶体管的第二端接地。