CN219875178U - 一种大功率无人机充电器防倒灌电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种大功率无人机充电器防倒灌电路，包括MOS‑FET单元、驱动单元、高压拓展单元、电阻分压器、保护单元。所述大功率无人机充电器防倒灌电路通过所述MOS‑FET单元与驱动单元连接组成一个等效二极管，实现防倒灌电路功能，降低充电的功率损耗，提高充电效率，使用稳压二极管做高压拓展，可以提高充电器的工作电压范围，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及充电设备技术领域，具体涉及一种大功率无人机充电器防倒灌电路。
背景技术
在DC-DC充电器中，充电电路没有防倒灌保护，将会产生许多危害。若出现停电等异常情况导致充电器输入电压跌落，充电器没有移除，电池内的电流倒灌至充电电路中，导致电池电量白白损失。且更严重的安全隐患是此时若是输入端突然恢复供电，输入端电源会经过已经打开的功率管直接把能量输送到输出端，由于输入输出存在压差，瞬间会有比较大的电流流过功率管，若此时由于其它不可控的原因导致芯片未能及时有效做出响应来关闭功率管，这个大电流有可能会使芯片内部开关管损坏甚至引起火灾等严重事故。因此在设计电池充电电路时，我们需要添加防倒灌的措施。在DC-DC充电器的应用中，一般都需要对电池充电电路添加防倒灌措施。
在DC-DC电源中，通常情况下直流充电器输出防倒灌电路是利用二极管的单向导电性来实现防倒灌，这种接法简单可靠，成本低，但当充电器输出大电流的情况下二极管上的功率损耗相当大，不但发热严重，需要安装散热器辅助散热，不但增加材料成本，而且对效率的影响也相当之大。如此，便得不偿失了，所以上述措施仅仅适合用于小电流，对效率要求不高的电路中。
由于二极管压降比较大，会增加充电系统功率损耗，为减小防倒灌电路产生的功率损耗，可以采用MOS管组成等效二极管来防止电流倒灌，充电器正常工作时MOS管导通，充电电流通过MOS管给电池充电，MOS管功耗较小，当输入端断电时，MOS关断，起到防止电流倒灌的作用。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种电路结构相对简化的大功率无人机充电器防倒灌电路。
一种大功率无人机充电器防倒灌电路，包括MOS-FET单元、驱动单元、高压拓展单元、电阻分压器、保护单元。所述MOS-FET单元由四个MOS-FET管并联组成，形成一个复合MOS-FET管，复合MOS-FET管具有引出脚源极、引出脚栅极、引出脚漏极，驱动单元包括驱动芯片U1，驱动芯片U1具有控制脚GATE、开关脚EN、输入脚IN、输出脚OUT、电源地GND，高压拓展单元包括稳压二极管D2，电阻分压器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，三个电阻串联组成分压器，电阻分压器包括一个输入端、第一分压输出端、第二分压输出端、一个接地端，保护单元包括肖特基二极管D1、瞬态二极管TVS1、电容器C1。
进一步地，电阻分压器的第一电阻R1与第二电阻R2的连接点为第一分压输出端，第二电阻R2与第三电阻R3连接点为第二分压输出端，第一电阻R1另一端为输入端，第三电阻R3另一端为接地端。
进一步地，所述复合MOS-FET管的引出脚漏极接防倒灌电路的电池端BAT，与驱动芯片U1的输出脚OUT、电容器C1的正极、瞬态二极管TVS1的一端连接，电容器C1的负极和瞬态二极管TVS1的另一端连接到地，所述复合MOS-FET管的引出脚栅极接驱动芯片U1的控制脚GATE，所述复合MOS-FET管的引出脚源极接防倒灌电路的充电电源输出端VOUT，与所述驱动芯片U1的输入脚IN、所述电阻分压器的输入端、肖特基二极管D1的负极连接，肖特基二极管D1的正极连接到地。所述电阻分压器的第一分压输出端是第一电阻R1与第二电阻R2和第三电阻R3的分压输出，第一分压输出端连接所述驱动芯片U1的开关脚EN，第二分压输出端是第一电阻R1和第二电阻R2与电阻R3的分压输出，第二分压输出端连接驱动芯片U1的电源地GND、稳压二极管D2的负极，稳压二极管D2的正极接地，电阻分压器的接地端接地。
所述复合MOS-FET管与驱动芯片U1连接组成一个等效二极管，所述复合MOS-FET管的引出脚漏极与驱动芯片U1的输出脚OUT连接组成等效二极管的负极，所述复合MOS-FET管的引出脚源极与驱动芯片U1的输入脚IN连接组成等效二极管的正极，所述复合MOS-FET管的引出脚栅极接驱动芯片U1的控制脚GATE，驱动芯片U1的控制脚GATE控制等效二极管的导通和截止。
正常充电时，大功率无人机充电器防倒灌电路中，充电电源输出端VOUT电压大于电池端BAT电压，充电电压输入到驱动芯片U1的输入脚IN，驱动芯片U1的控制脚GATE输出驱动电压到所述复合MOS-FET管的引出脚栅极，所述复合MOS-FET管导通，充电电流通过等效二极管给电池充电，当充电电源输出端VOUT电压小于电池端BAT电压，或者充电电源突然掉电或短路，所述驱动芯片U1的控制脚GATE停止输出驱动电压到所述复合MOS-FET管的引出脚栅极，所述复合MOS-FET管截止，倒灌电流无法通过等效二极管。由于所述复合MOS-FET管导通时，所述复合MOS-FET管的引出脚源极与所述复合MOS-FET管的引出脚漏极之间的电压降很小，从而大大地减少了等效二极管的电功率损耗，降低所述复合MOS-FET管产生的热量，减少占用电路板的尺寸，减少充电器的体积，提高充电效率。
进一步地，所述电阻分压器的第一分压输出端连接驱动芯片U1的开关脚EN，第一分压输出端输出高电平驱动芯片U1的开关脚EN，驱动芯片U1进入工作状态，第一分压输出端输出低电平驱动芯片U1的开关脚EN，驱动芯片U1进入静态状态，控制所述复合MOS-FET管关断，降低所述驱动芯片U1的静态功耗。
进一步地，电阻分压器的第二分压输出端连接所述驱动芯片U1的电源地GND、稳压二极管D2负极，利用稳压二极管的稳压特性，为驱动芯片U1的电源地GND提供一个稳定的基准电压，从而提高驱动芯片U1工作电压范围，提高充电器的输入输出电压，实现高压拓展的功能，使得充电器可以在更宽的充电电压范围使用。
进一步地，保护单元的肖特基二极管D1用于保护驱动芯片U1的输入端IN，防止输入端IN遇到负电压尖峰导致驱动芯片U1损坏，保护单元的瞬态二极管TVS1与电容器C1并联用于保护驱动芯片U1的输出端OUT，防止输出端OUT出现过压时导致驱动芯片U1损坏。
上述大功率无人机充电器防倒灌电路中，将采用多个MOS-FET管并联方式，提高了充电器的充电电流和充电功率，所述驱动芯片U1与复合MOS-FET管连接构成等效二极管，降低充电器充电时的功率损耗，防止电流倒灌，利用稳压二极管的稳压特性，提高所述驱动芯片U1的基准电压，实现高压拓展，使得充电器可以在更宽的充电电压范围使用。
附图说明
图1是本实用新型实施例一种大功率无人机充电器防倒灌电路的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。
请参阅图1，示出本实用新型的实施例提供的一种大功率无人机充电器防倒灌电路，包括MOS-FET单元、驱动单元、高压拓展单元、电阻分压器、保护单元。所述MOS-FET单元由四个N沟道MOS-FET管Q1、Q2、Q3、Q4并联组成一个复合MOS-FET管，复合MOS-FET管具有引出脚源极、引出脚栅极、引出脚漏极，驱动单元包括驱动芯片U1，驱动芯片U1具有控制脚GATE、开关脚EN、输入脚IN、输出脚OUT、电源地GND，高压拓展单元包括稳压二极管D2，电阻分压器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，三个电阻串联组成分压器，电阻分压器包括一个输入端、第一分压输出端、第二分压输出端、一个接地端，保护单元包括肖特基二极管D1、瞬态二极管TVS1。
具体地，所述驱动芯片U1的型号为JW7265，稳压二极管D2的稳压值为15V，瞬态二极管TVS1的型号为SMBJ64A。
具体地，电阻分压器的第一电阻R1与第二电阻R2的连接点为第一分压输出端，第二电阻R2与第三电阻R3连接点为第二分压输出端，第一电阻R1另一端为输入端，第三电阻R3另一端为接地端。
所述复合MOS-FET管的引出脚漏极接防倒灌电路的电池端BAT，与驱动芯片U1的输出脚OUT、瞬态二极管TVS1一端连接，瞬态二极管TVS1另一端连接到地，所述复合MOS-FET管的引出脚栅极接驱动芯片U1的控制脚GATE，所述复合MOS-FET管的引出脚源极接防倒灌电路的充电电源输出端VOUT，与驱动芯片U1的输入脚IN、电阻分压器的输入端、肖特基二极管D1的负极连接，肖特基二极管D1的正极连接到地。电阻分压器的第一分压输出端是第一电阻R1与第二电阻R2和第三电阻R3的分压输出，第一分压输出端连接驱动芯片U1的开关脚EN，第二分压输出端是第一电阻R1和第二电阻R2与电阻R3的分压输出，第二分压输出端连接驱动芯片U1的电源地GND、稳压二极管D2负极，稳压二极管D2的正极接地，电阻分压器的接地端接地。
所述复合MOS-FET管与驱动芯片U1连接组成一个等效二极管，所述复合MOS-FET管的引出脚漏极与驱动芯片U1的输出脚OUT连接组成等效二极管的负极，所述复合MOS-FET管的引出脚源极与驱动芯片U1的输入脚IN连接组成等效二极管的正极，所述复合MOS-FET管的引出脚栅极接驱动芯片U1的控制脚GATE，驱动芯片U1的控制脚GATE控制所述复合MOS-FET管的导通和截止，从而控制等效二极管的导通和截止。
正常充电时，大功率无人机充电器防倒灌电路中，充电电源输出端VOUT电压大于电池端BAT电压，而且VOUT电压大于电池端BAT电压6V时，充电电压输入到驱动芯片U1的输入脚IN，驱动芯片U1的控制脚GATE输出驱动电压到四个N沟道MOS-FET管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极，即所述电池端BAT电压的引出脚栅极，所述复合MOS-FET管导通，充电电流通过等效二极管给电池进行充电，当充电完成或充电电源输出端VOUT电压小于电池端BAT电压，驱动芯片U1的控制脚GATE停止输出驱动电压到四个N沟道MOS-FET管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极，即所述复合MOS-FET管的引出脚栅极，所述复合MOS-FET管截止，倒灌电流无法通过等效二极管，实现防倒灌功能。由于所述复合MOS-FET管导通时，所述复合MOS-FET管的引出脚源极与所述复合MOS-FET管的引出脚漏极之间电压降很小，所述复合MOS-FET管消耗的功率很低，从而大大地减少了等效二极管的功率损耗，大大提高大功率充电器的充电效率。
由于所述复合MOS-FET管消耗的功率很低，降低所述复合MOS-FET管产生的热量，四个N沟道MOS-FET管Q1、Q2、Q3、Q4可以使用体积较小的散热片，减少占用电路板的尺寸，减少充电器的体积，减轻重量，提高充电效率。
进一步地，所述电阻分压器的第一分压输出端连接驱动芯片U1的开关脚EN，第一分压输出端输出高电平驱动芯片U1的开关脚EN，使得驱动芯片U1进入工作状态，第一分压输出端输出低电平驱动芯片U1的开关脚EN，驱动芯片U1进入静态状态，控制所述MOS-FET单元关断，降低流过驱动芯片U1内部的电流，从而增大芯片的等效阻抗，减少驱动芯片U1的静态功耗。
进一步地，电阻分压器的第二分压输出端连接驱动芯片U1的电源地GND、稳压二极管D2负极，利用稳压二极管的稳压特性，为驱动芯片U1的电源地GND提供一个稳定的基准电压，使得驱动芯片U1的电源地GND基准电压提高了15V，从而提高驱动芯片U1工作电压范围，提高充电器的输入输出电压，实现高压拓展的功能，选择稳压二极管的稳压值，可以拓展到所需要的电压范围，使得充电器可以在更宽的充电电压范围使用。
进一步地，保护单元的肖特基二极管D1用于保护驱动芯片U1的输入端IN，防止所述输入端IN遇到负电压尖峰导致驱动芯片U1损坏，保护单元的瞬态二极管TVS1与电容器C1并联用于保护驱动芯片U1的输出端OUT，防止所述输出端OUT出现过压时导致驱动芯片U1损坏。
上述一种大功率无人机充电器防倒灌电路中，将采用MOS-FET管并联方式，提高无人机充电器充电电流和充电功率，驱动芯片U1与复合MOS-FET管连接构成等效二极管，降低充电器充电时的功率损耗，防止电流倒灌，利用稳压二极管的稳压特性，为驱动芯片U1的电源地GND提供一个稳定的基准电压，从而提高驱动芯片U1工作电压范围，提高充电器的输入输出电压，实现高压拓展，使得充电器可以在更宽的充电电压范围使用。
上述大功率无人机充电器防倒灌电路中，将本实用新型的电路结构简化，安全可靠，易于生产，便于推广，具有广泛的应用。
需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种大功率无人机充电器防倒灌电路，其特征在于，包括MOS-FET单元、驱动单元、高压拓展单元、电阻分压器、保护单元，所述MOS-FET单元包括并联的四个MOS-FET管，形成一个复合MOS-FET管，复合MOS-FET管具有引出脚源极、引出脚栅极、引出脚漏极，所述驱动单元包括驱动芯片U1，驱动芯片U1具有控制脚GATE、开关脚EN、输入脚IN、输出脚OUT、电源地GND，所述高压拓展单元包括稳压二极管D2，所述电阻分压器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，三个电阻串联，所述电阻分压器具有一个输入端、第一分压输出端、第二分压输出端、一个接地端，所述保护单元用于保护驱动芯片U1，所述保护单元包括肖特基二极管D1、瞬态二极管TVS1、电容器C1。
2. 如权利要求1所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述复合MOS-FET管的引出脚漏极接防倒灌电路的电池端BAT，同时所述复合MOS-FET管的引出脚漏极与驱动芯片U1的输出脚OUT、所述电容器C1的正极、所述瞬态二极管TVS1的一端连接，所述电容器C1的负极和瞬态二极管TVS1另一端连接到地，所述复合MOS-FET管的引出脚栅极接驱动芯片U1的控制脚GATE，所述复合MOS-FET管的引出脚源极接防倒灌电路的充电电源输出端VOUT，同时所述复合MOS-FET管的引出脚源极与驱动芯片U1的输入脚IN、电阻分压器的输入端、肖特基二极管D1的负极连接，肖特基二极管D1的正极连接到地。
3. 如权利要求1所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述电阻分压器的第一分压输出端是第一电阻R1与第二电阻R2和第三电阻R3的分压输出，第一分压输出端连接所述驱动芯片U1的开关脚EN，第二分压输出端是第一电阻R1和第二电阻R2与电阻R3的分压输出，第二分压输出端连接所述驱动芯片U1的电源地GND、稳压二极管D2的负极，稳压二极管D2的正极接地，所述电阻分压器的接地端接地。
4. 如权利要求1所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述复合MOS-FET管与驱动芯片U1连接形成一个等效二极管，所述复合MOS-FET管的引出脚漏极与所述驱动芯片U1的输出脚OUT连接形成等效二极管的负极，所述复合MOS-FET管的引出脚源极与所述驱动芯片U1的输入脚IN连接形成等效二极管的正极，所述复合MOS-FET管的引出脚栅极接所述驱动芯片U1的控制脚GATE，所述驱动芯片U1的控制脚GATE控制所述复合MOS-FET管的导通和截止，从而使得等效二极管导通和截止。
5. 如权利要求3所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，正常充电时，充电电源输出端VOUT电压大于电池端BAT电压，充电电压输入到驱动芯片U1的输入脚IN，驱动芯片U1的控制脚GATE输出驱动电压到所述复合MOS-FET管的引出脚栅极，所述复合MOS-FET管导通，充电电流通过等效二极管给电池充电，当充电电源输出端VOUT电压小于电池端BAT电压，或者充电电源突然掉电或短路，所述驱动芯片U1的控制脚GATE停止输出驱动电压到所述复合MOS-FET管的引出脚栅极，所述复合MOS-FET管截止，倒灌电流无法通过等效二极管。
6. 如权利要求2所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述电阻分压器的第一分压输出端连接所述驱动芯片U1的开关脚EN，第一分压输出端输出高电平到所述驱动芯片U1的开关脚EN，所述驱动芯片U1进入工作状态，第一分压输出端输出低电平到所述驱动芯片U1的开关脚EN，所述驱动芯片U1进入静态状态，控制所述复合MOS-FET管关断。
7. 如权利要求2所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述电阻分压器的第二分压输出端连接驱动芯片U1的电源地GND、稳压二极管D2负极，利用稳压二极管的稳压特性，为驱动芯片U1的电源地GND提供一个稳定的基准电压，从而提高所述驱动芯片U1工作电压范围，提高充电器的输入输出电压，实现高压拓展的功能。
8.如权利要求1所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路，其特征在于，所述电阻分压器的第一电阻R1与第二电阻R2的连接点为第一分压输出端，第二电阻R2与第三电阻R3连接点为第二分压输出端，第一电阻R1另一端为输入端，第三电阻R3另一端为接地端。
9.如权利要求2所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述保护单元的肖特基二极管D1用于保护所述驱动芯片U1的输入端IN，防止所述输入端IN遇到负电压尖峰导致所述驱动芯片U1损坏。
10. 如权利要求2所述的一种大功率无人机充电器防倒灌电路， 其特征在于，所述保护单元的瞬态二极管TVS1与电容器C1并联用于保护所述驱动芯片U1的输出端OUT，防止所述输出端OUT出现过压时导致所述驱动芯片U1损坏。
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