CN219779803U - 一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路、电池及手机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路、电池及手机，保护电路包括：电流检测模块，电流检测模块的输入端与电池的第一端、第二端相连，用于检测电池的输出电流，电流检测模块的输出端与保护电流比较模块的输入端相连；保护电流比较模块，用于将电池的电流与设定的阈值进行比较，保护电流比较模块的输出端与关断控制模块的第一输入端相连；关断控制模块，包括关断控制模块的正极输出端和负极输出端，用于根据电池的电流与阈值比较结果，确定是否切断关断控制模块的正极输出端和负极输出端电流输出。本实用新型具有满足防爆型式对电气间隙要求、电路可靠性评定方便、保护的反应时间可调、电池松脱放电保护等优点。

Description

一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路、电池及手机

技术领域

本实用新型涉及防爆手机领域，具体涉及一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路、电池及手机。

背景技术

为了达到安全生产的目的，使用在含有易燃易爆气体场所的电子设备都需要达到相关防爆设备的防护级别。在便携式防爆电子设备中，主要以本质安全型电子设备为主，本质安全型设备是在电路设计时通过相关措施限制电路的能量以及储能元件(如电容、电感)，使设备在正常使用及故障条件下，不会通过火花和热表面点燃环境中的爆炸性气体。在本质安全型设备的设计中，对电池的保护电路的本安设计是非常重要的一部分。在电池保护电路的本安设计中以限制电池输出的最大能量为重点，防止电池通过放电端子或通过主机设备放电引起爆炸性环境的火花点燃。目前便携式设备的电池保护方案中，基本以专用电池保护集成电路芯片为主，还有少部分设计以通用集成电路及分立元件设计实现。上述两类设计都需要集成电路芯片，存在以下不足：A、由于集成电路的本身特点，集成电路的内部设计及走线都无法满足本质安全电路对电气间隙的要求，也无法对电路内部进行本安的可靠性评估。B、专用保护IC的过流保护响应时间较长且无法灵活调整，满足不了本质安全电路的能量限制要求。C、集成方案未考虑电池松脱保护，无法保护电池意外松脱在危险环境中的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路、电池及手机，用于满足防爆型式对电气间隙、电路可靠性评定、保护的反应时间可调、电池松脱放电保护等要求。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：

第一方面，一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路，防爆手机包括电池和手机主板，所述基于分立器件的防爆手机电池保护电路包括：

电流检测模块，所述电流检测模块的输入端与电池的第一端、第二端相连，用于检测电池的输出电流，所述电流检测模块的输出端与保护电流比较模块的输入端相连；

保护电流比较模块，用于将电池的电流与设定的阈值进行比较，所述保护电流比较模块的输出端与关断控制模块的第一输入端相连；

关断控制模块，包括关断控制模块的正极输出端和负极输出端，用于根据电池的电流与阈值比较结果，确定是否切断关断控制模块的正极输出端和负极输出端电流输出。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，还包括锁死电路，所述关断控制模块包括关断控制模块的反馈端，所述锁死电路的输入端与关断控制模块的反馈端相连，用于将关断控制模块锁死在关断状态。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述关断控制模块的正极输出端和负极输出端与手机主板的第一输入端和第二输入端相连，还包括松脱保护及复位模块，松脱保护及复位模块的输入端与手机主板输出端相连，松脱保护及复位模块的输出端与关断控制模块的第二输入端相连，当检测到所述关断控制模块的正极输出端和负极输出端与手机主板的第一输入端和第二输入端松脱时，通过关断控制模块切断关断控制模块的正极输出端和负极输出端电流输出，当检测到所述关断控制模块的正极输出端和负极输出端与主机手机主板的第一输入端和第二输入端重新接触时，通过关断控制模块接通关断控制模块的正极输出端和负极输出端电流输出。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述电流检测模块包括：电阻R01-R07、晶体管Q02-A、Q02-B和Q03、电容C10，晶体管Q02-A的发射极通过电阻R02与电池(200)的第一端、电阻R01的第一端、电阻R06的第一端相连，电阻R01的第二端与晶体管Q02-B的发射极相连，晶体管Q02-A的基极、晶体管Q02-B的基极、晶体管Q02-B的集电极与电阻R05的第一端相连，晶体管Q02-A的集电极通过串联电阻R03、电阻R04与电阻R05的第二端、电池的第二端、电阻R07的第二端、电容C10的第一端相连，晶体管Q02-A的集电极与晶体管Q03的基极、电容C10的第一端相连，R06的第二端与晶体管Q03的集电极相连，晶体管Q03的发射极通过电阻R07与电池的第二端相连，晶体管Q03的发射极与保护电流比较模块的输入端相连，电阻R01的第二端与手机主板第一输入端相连，电池的第二端通过关断控制模块与手机主板第二输入端相连。

结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述保护电流比较模块包括：齐纳二极管D01、电阻R08-R09，齐纳二极管D01的第一端与晶体管Q03的发射极相连，齐纳二极管D01的第二端通过电阻R08、R09分别与电池的第二端和关断控制模块的第一输入端相连。

结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，所述关断控制模块包括：晶体管Q04、场效应管Q06、电阻R12-R13、电容C12，晶体管Q04的基极与电阻R09的第二端相连，晶体管Q04的发射极与电池的第二端相连，晶体管Q04的集电极、电容C12的第一端通过电阻R13与场效应管Q06的栅极相连，场效应管Q06的源极、电容C12的第二端与电池的第二端相连，场效应管Q06的漏极与手机主板第二输入端相连，晶体管Q04的集电极与电阻R12的第一端相连，电阻R12的第二端与电池的第一端相连。

结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，所述锁死电路包括：晶体管Q12、电阻R10-12，晶体管Q12的集电极与晶体管Q04的基极相连，晶体管Q12的基极通过电阻R10与晶体管Q04的集电极、电阻R12的第一端相连，晶体管Q12的发射极与电阻R11的第一端相连，电阻R11的第二端与电阻R12的第二端相连。

结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，所述松脱保护及复位模块包括：晶体管Q05、场效应管Q01、电阻R14-R16，电阻R11的第二端和电阻R12的第二端与电池的第一端断开后与场效应管Q01的源极相连，场效应管Q01的漏极与电池的第一端、电阻R14的第一端相连，场效应管Q01的栅极与电阻R14的第二端、电阻R15的第一端相连，电阻R15的第二端与晶体管Q05的集电极相连，晶体管Q05的发射极与电池的第二端相连，晶体管Q05的基极通过电阻R16与手机主板输出端相连。

第二方面，提供一种基于分立器件的防爆手机电池，包括第一方面实施例所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路及电芯。

第三方面，提供一种基于分立器件的防爆手机，包括第二方面实施例所述的基于分立器件的防爆手机电池。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

采用分立元件，在电路布局时可以灵活多样，充分满足各类防爆型式对电气间隙的严格要求，同时便于防爆认证时进行必要的电路可靠性评定；可灵活调整过流保护、短路保护的反应时间，灵活设置保护电流门限，满足防爆型式要求的瞬态能量限制；具有电池松脱放电保护，在电池意外松脱后电池自动关断输出，防止电池脱离主机后意外放电引起的爆炸环境的点燃。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型一个实施例提供的一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路框图；

图2是本实用新型另一个实施例提供的一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，进行详细的说明。

请参图1，本实用新型的一个实施例，提供一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路100，防爆手机包括电池200和手机主板300，所述基于分立器件的防爆手机电池保护电路100包括：

电流检测模块110，所述电流检测模块110的输入端与电池200的第一端、第二端相连，用于检测电池200的输出电流，所述电流检测模块110的输出端与保护电流比较模块120的输入端相连；

保护电流比较模块120，用于将电池200的电流与设定的阈值进行比较，所述保护电流比较模块120的输出端与关断控制模块130的第一输入端相连；

关断控制模块130，包括关断控制模块130的正极输出端和负极输出端，用于根据电池200的电流与阈值比较结果，确定是否切断关断控制模块130的正极输出端和负极输出端电流输出。

可选的，还包括锁死电路140，所述关断控制模块130包括关断控制模块130的反馈端，所述锁死电路140的输入端与关断控制模块130的反馈端相连，用于将关断控制模块130锁死在关断状态。

可选的，所述关断控制模块130的正极输出端和负极输出端与手机主板300的第一输入端和第二输入端相连，还包括松脱保护及复位模块150，松脱保护及复位模块150的输入端与手机主板300输出端相连，松脱保护及复位模块150的输出端与关断控制模块130的第二输入端相连，当检测到所述关断控制模块130的正极输出端和负极输出端与手机主板300的第一输入端和第二输入端松脱时，通过关断控制模块130切断关断控制模块130的正极输出端和负极输出端电流输出，当检测到所述关断控制模块130的正极输出端和负极输出端与主机手机主板300的第一输入端和第二输入端重新接触时，通过关断控制模块130接通关断控制模块130的正极输出端和负极输出端电流输出。

请参考图2，一些实施例中，所述电流检测模块110包括：电阻R01-R07、晶体管Q02-A、Q02-B和Q03、电容C10，晶体管Q02-A的发射极通过电阻R02与电池(200)的第一端、电阻R01的第一端、电阻R06的第一端相连，电阻R01的第二端与晶体管Q02-B的发射极相连，晶体管Q02-A的基极、晶体管Q02-B的基极、晶体管Q02-B的集电极与电阻R05的第一端相连，晶体管Q02-A的集电极通过串联电阻R03、电阻R04与电阻R05的第二端、电池200的第二端、电阻R07的第二端、电容C10的第一端相连，晶体管Q02-A的集电极与晶体管Q03的基极、电容C10的第一端相连，R06的第二端与晶体管Q03的集电极相连，晶体管Q03的发射极通过电阻R07与电池200的第二端相连，晶体管Q03的发射极与保护电流比较模块120的输入端相连，电阻R01的第二端与手机主板300第一输入端相连，电池200的第二端通过关断控制模块130与手机主板300第二输入端相连。

电阻R01为采样电阻，晶体管Q02-A、Q02-B为匹配对，与电阻R02、电阻(R03+R04)、R05构成电压放大电路，其中，电阻R03和电阻R04可以为一个电阻，将采样电阻电压放大输出；晶体管Q03、电阻R06-R07构成射极跟随器增大对后级电路的驱动能力，防止后级负载对放大电路的影响。

一些实施例中，所述保护电流比较模块120包括：齐纳二极管D01、电阻R08-R09，齐纳二极管D01的第一端与晶体管Q03的发射极相连，齐纳二极管D01的第二端通过电阻R08、R09分别与电池200的第二端和关断控制模块130的第一输入端相连。

齐纳二极管D01、电阻R08为比较电路，通过齐纳二极管D01设置保护电流，当前级电压大于齐纳电压D01+晶体管Q04导通电压之和时，晶体管Q04导通拉低场效应管Q06的栅极电压，关断电池输出。

一些实施例中，所述关断控制模块130包括：晶体管Q04、场效应管Q06、电阻R12-R13、电容C12，晶体管Q04的基极与电阻R09的第二端相连，晶体管Q04的发射极与电池200的第二端相连，晶体管Q04的集电极、电容C12的第一端通过电阻R13与场效应管Q06的栅极相连，场效应管Q06的源极、电容C12的第二端与电池200的第二端相连，场效应管Q06的漏极与手机主板300第二输入端相连，晶体管Q04的集电极与电阻R12的第一端相连，电阻R12的第二端与电池200的第一端相连。

一些实施例中，所述锁死电路140包括：晶体管Q12、电阻R10-12，晶体管Q12的集电极与晶体管Q04的基极相连，晶体管Q12的基极通过电阻R10与晶体管Q04的集电极、电阻R12的第一端相连，晶体管Q12的发射极与电阻R11的第一端相连，电阻R11的第二端与电阻R12的第二端相连。

晶体管Q12对晶体管Q04构成正反馈，当晶体管Q04导通时，晶体管Q12基极电压被拉低导通，将晶体管Q04锁定在导通状态，避免在外部电路故障下场效应管Q06反复开关。

一些实施例中，所述松脱保护及复位模块150包括：晶体管Q05、场效应管Q01、电阻R14-R16，电阻R11的第二端和电阻R12的第二端与电池200的第一端断开后与场效应管Q01的源极相连，场效应管Q01的漏极与电池200的第一端、电阻R14的第一端相连，场效应管Q01的栅极与电阻R14的第二端、电阻R15的第一端相连，电阻R15的第二端与晶体管Q05的集电极相连，晶体管Q05的发射极与电池200的第二端相连，晶体管Q05的基极通过电阻R16与手机主板300输出端相连。

电池脱落保护及复位模块150中，电池200的正负端子(B+、B-)通过保护电路100与手机主板300连接，连接端包含P+、P-、S三端，P+和P-为手机主板电源正负端子，S为控制端子，P+与S端子之间通过电阻或直接连通(图中未示出)，当电池100与手机主机300分离或意外松脱时，S端子为低电平，晶体管Q05和场效应管Q01处于关断状态，使保护开关控制场效应管Q06(mos管)的VGS降为0V，关断电池B-输出；当电池100和手机主板300闭合时，S经手机主板300电路与P+连通，此时S端为高电平，晶体管Q05与场效应管Q01导通，开关控制场效应管管Q06(mos管)的VGS电压被拉高到电池电压，电池B-与P-接通，电池100恢复输出；当电池100过流保护后，如需复位保护电路，拆分电池100与手机主板300即可复位电池保护电路到正常状态，手机主板300故障排除后即可恢复正常供电。

调整电容C10和C12的容值，可以改变电池100保护电路响应时间的快慢，从而调整电池100放电的瞬态能量限制的大小。

作为实施例，此电路关键元件采用可如下所示参数，实际测试保护电流为1.55A，与理论计算结果相一致，R01＝0.1Ω，R02＝2KΩ，R03＝24KΩ，R04＝51KΩ，D01采用稳压值3.6V稳压管，Q02采用BCM856DS。

图2实施例中，电池100的B+为正极，B-为负极，晶体管Q02-A、Q02-B、Q12为PNP型，晶体管Q03、Q04、Q05为NPN型，场效应管Q01为P沟道场效应管，场效应管Q06为N沟道场效应管。当然其它变形实施例也是可以的。

与上述实施例提供的一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路相对应，本实用新型的一个实施例还提供了一种基于分立器件的防爆手机电池，包括上述实施例所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路及电芯。

本实用新型的另一个实施例还提供了一种基于分立器件的防爆手机，包括上述实施例所述的基于分立器件的防爆手机电池。

综上，本实用新型实施例，公开了一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路、电池及手机，从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

采用分立元件，在电路布局时可以灵活多样，充分满足各类防爆型式对电气间隙的严格要求，同时便于防爆认证时进行必要的电路可靠性评定；可灵活调整过流保护、短路保护的反应时间，灵活设置保护电流门限，满足防爆型式要求的瞬态能量限制；具有电池松脱放电保护，在电池意外松脱后电池自动关断输出，防止电池脱离主机后意外放电引起的爆炸环境的点燃。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上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精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于分立器件的防爆手机电池保护电路，其特征在于，防爆手机包括电池(200)和手机主板(300)，所述基于分立器件的防爆手机电池保护电路包括：

电流检测模块(110)，所述电流检测模块(110)的输入端与电池(200)的第一端、第二端相连，用于检测电池(200)的输出电流，所述电流检测模块(110)的输出端与保护电流比较模块(120)的输入端相连；

所述电流检测模块(110)包括：电阻R01-R07、晶体管Q02-A、Q02-B和Q03、电容C10，晶体管Q02-A的发射极通过电阻R02与电池(200)的第一端、电阻R01的第一端、电阻R06的第一端相连，电阻R01的第二端与晶体管Q02-B的发射极相连，晶体管Q02-A的基极、晶体管Q02-B的基极、晶体管Q02-B的集电极与电阻R05的第一端相连，晶体管Q02-A的集电极通过串联电阻R03、电阻R04与电阻R05的第二端、电池(200)的第二端、电阻R07的第二端、电容C10的第一端相连，晶体管Q02-A的集电极与晶体管Q03的基极、电容C10的第一端相连，R06的第二端与晶体管Q03的集电极相连，晶体管Q03的发射极通过电阻R07与电池(200)的第二端相连，晶体管Q03的发射极与保护电流比较模块(120)的输入端相连，电阻R01的第二端与手机主板(300)第一输入端相连，电池(200)的第二端通过关断控制模块(130)与手机主板(300)第二输入端相连；

保护电流比较模块(120)，用于将电池(200)的电流与设定的阈值进行比较，所述保护电流比较模块(120)的输出端与关断控制模块(130)的第一输入端相连；

所述保护电流比较模块(120)包括：齐纳二极管D01、电阻R08-R09，齐纳二极管D01的第一端与晶体管Q03的发射极相连，齐纳二极管D01的第二端通过电阻R08、R09分别与电池(200)的第二端和关断控制模块(130)的第一输入端相连；

关断控制模块(130)，包括关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端，用于根据电池(200)的电流与阈值比较结果，确定是否切断关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端电流输出；

所述关断控制模块(130)包括：晶体管Q04、场效应管Q06、电阻R12-R13、电容C12，晶体管Q04的基极与电阻R09的第二端相连，晶体管Q04的发射极与电池(200)的第二端相连，晶体管Q04的集电极、电容C12的第一端通过电阻R13与场效应管Q06的栅极相连，场效应管Q06的源极、电容C12的第二端与电池(200)的第二端相连，场效应管Q06的漏极与手机主板(300)第二输入端相连，晶体管Q04的集电极与电阻R12的第一端相连，电阻R12的第二端与电池(200)的第一端相连。

2.根据权利要求1所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路，其特征在于，还包括锁死电路(140)，所述关断控制模块(130)包括关断控制模块(130)的反馈端，所述锁死电路(140)的输入端与关断控制模块(130)的反馈端相连，用于将关断控制模块(130)锁死在关断状态。

3.根据权利要求2所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路，其特征在于，所述关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端与手机主板(300)的第一输入端和第二输入端相连，还包括松脱保护及复位模块(150)，松脱保护及复位模块(150)的输入端与手机主板(300)输出端相连，松脱保护及复位模块(150)的输出端与关断控制模块(130)的第二输入端相连，当检测到所述关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端与手机主板(300)的第一输入端和第二输入端松脱时，通过关断控制模块(130)切断关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端电流输出，当检测到所述关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端与主机手机主板(300)的第一输入端和第二输入端重新接触时，通过关断控制模块(130)接通关断控制模块(130)的正极输出端和负极输出端电流输出。

4.根据权利要求3所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路，其特征在于，所述锁死电路(140)包括：晶体管Q12、电阻R10-12，晶体管Q12的集电极与晶体管Q04的基极相连，晶体管Q12的基极通过电阻R10与晶体管Q04的集电极、电阻R12的第一端相连，晶体管Q12的发射极与电阻R11的第一端相连，电阻R11的第二端与电阻R12的第二端相连。

5.根据权利要求4所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路，其特征在于，所述松脱保护及复位模块(150)包括：晶体管Q05、场效应管Q01、电阻R14-R16，电阻R11的第二端和电阻R12的第二端与电池(200)的第一端断开后与场效应管Q01的源极相连，场效应管Q01的漏极与电池(200)的第一端、电阻R14的第一端相连，场效应管Q01的栅极与电阻R14的第二端、电阻R15的第一端相连，电阻R15的第二端与晶体管Q05的集电极相连，晶体管Q05的发射极与电池(200)的第二端相连，晶体管Q05的基极通过电阻R16与手机主板(300)输出端相连。

6.一种基于分立器件的防爆手机电池，其特征在于，包括权利要求1至5任意一项所述的基于分立器件的防爆手机电池保护电路及电芯。

7.一种基于分立器件的防爆手机，其特征在于，包括权利要求6所述的基于分立器件的防爆手机电池。