CN220732393U - 一种均压保护电路以及储能电源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及储能电源技术领域，具体涉及一种均压保护电路以及储能电源。该电路包括分压模块、反馈模块和调节模块，分压模块的第一端连接储能电容的负极，分压模块的第二端连接储能电容的正极，分压模块的第三端连接反馈模块的输入端，反馈模块的第一端连接储能电容的负极，反馈模块的第二端连接储能电容的正极，反馈模块的第三端连接调节模块的控制端，调节模块的第一端连接储能电容的负极，调节模块的第二端连接储能电容的正极。反馈模块可以通过其输入端获取分压模块第三端的采样电压，在采样电压大于基准电压时，反馈模块可以控制调节模块导通，调节模块可以在导通时与储能电容分流，以保护储能电容，电路复杂度低，成本优势极高。

Description

一种均压保护电路以及储能电源

技术领域

本申请涉及储能电源技术领域，具体涉及一种均压保护电路以及储能电源。

背景技术

现有技术中，在多级电池串联或者多级电容器串联使用时都会在每一级的物料上增加均压保护电路，防止其中一级电池或者电容由于品质差异被持续充电以致超过其额定电压。目前对于电源均压保护主要是采用PFC芯片以及电压采样电路和压差比较电路搭建的方法，通过对采样电压和安全电压进行比较，以控制电压的大小来保证电路安全，其整体框架电路复杂度高，成本也高，系统稳定性较低。

实用新型内容

本申请实施方式主要解决现有的电源保护方案的电路复杂度高的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的一个技术方案是：提供一种均压保护电路，应用于储能电源，所述储能电源包括至少一个储能电容，包括：分压模块、反馈模块和调节模块；

所述分压模块的第一端连接所述储能电容的负极，所述分压模块的第二端连接所述储能电容的正极，所述分压模块的第三端连接所述反馈模块的输入端，所述分压模块用于提供采样电压至所述反馈模块；

所述反馈模块的第一端连接所述储能电容的负极，所述反馈模块的第二端连接所述储能电容的正极，所述反馈模块的第三端连接所述调节模块的控制端，所述反馈模块用于在采样电压大于基准电压时，控制所述调节模块导通；

所述调节模块的第一端连接所述储能电容的负极，所述调节模块的第二端连接所述储能电容的正极，所述调节模块用于在导通时与所述储能电容分流。

可选的，所述反馈模块包括基准电压源和反馈开关单元；

所述基准电压源的输入端连接所述分压模块的第三端，所述基准电压源的第一端连接所述反馈开关单元的控制端，所述基准电压源的第二端连接所述储能电容的正极，所述反馈开关单元的第一端连接所述储能电容的负极，所述反馈开关单元的第二端连接所述调节模块的控制端；

所述基准电压源用于在所述采样电压大于基准电压时控制所述反馈开关单元导通，所述反馈开关单元用于在导通时控制所述调节模块导通。

可选的，所述基准电压源为TL431系列的可控精密稳压源。

可选的，所述反馈开关单元包括电阻R3、电阻R4和三极管Q1；

所述三极管Q1的基极连接所述基准电压源的第一端，所述三极管Q1的基极还通过所述电阻R3连接至所述储能电容的负极，所述三极管Q1的发射极连接所述储能电容的负极，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R4连接至所述调节模块的控制端。

可选的，所述三极管Q1为PNP型三极管。

可选的，所述调节模块包括三极管Q2和电阻R5；

所述三极管Q2的基极连接所述反馈模块的第三端，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R5连接至所述储能电容的负极，所述三极管Q2的发射极连接所述储能电容的正极。

可选的，所述三极管Q2为NPN型三极管。

可选的，所述分压模块包括串联连接的电阻R1和电阻R2；

所述电阻R1的第一端连接所述储能电容的负极，所述电阻R1的第二端连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端连接所述储能电容的正极。

可选的，所述电阻R1为可调电阻。

为解决上述技术问题，本申请实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种储能电源，包括至少一个储能电源，每一个所述储能电源均连接有上述所述的均压保护电路。

区别于相关技术的情况，本申请实施例提供一种均压保护电路以及储能电源。该电路包括分压模块、反馈模块和调节模块，分压模块的第一端连接储能电容的负极，分压模块的第二端连接储能电容的正极，分压模块的第三端连接反馈模块的输入端，反馈模块的第一端连接储能电容的负极，反馈模块的第二端连接储能电容的正极，反馈模块的第三端连接调节模块的控制端，调节模块的第一端连接储能电容的负极，调节模块的第二端连接储能电容的正极。反馈模块可以通过其输入端获取分压模块第三端的采样电压，在采样电压大于基准电压时，反馈模块可以控制调节模块导通，调节模块可以在导通时与储能电容分流，以保护储能电容。该电路无需使用控制芯片，同时运用了基准电压源极高的灵敏度实现均压保护功能，不需要额外的电压采集和比较器件，电路复杂度低，且为小信号电路，消耗电源的功率极低，成本优势极高。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种储能电源的结构框图示例；

图2是本申请实施例提供的一种均压保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例提供一种储能电源，请参阅图1，该储能电源包括至少一个储能电容，每一个储能电源均连接有均压保护电路，图1中以一个储能电容20为例，储能电容20连接有均压保护电路10，该电路包括分压模块11、反馈模块12和调节模块13。

如图1所示，分压模块11的第一端连接储能电容20的负极，分压模块11的第二端连接储能电容20的正极，分压模块11的第三端连接反馈模块12的输入端；反馈模块12的第一端连接储能电容的负极，反馈模块12的第二端连接储能电容20的正极，反馈模块12的第三端连接调节模块13的控制端；调节模块13的第一端连接储能电容20的负极，调节模块13的第二端连接储能电容20的正极。反馈模块12可以通过其输入端获取分压模块11第三端的采样电压，在采样电压大于基准电压时，反馈模块12可以控制调节模块导通，调节模块13可以在导通时与储能电容20分流。

请结合图2，具体的，分压模块包括串联连接的电阻R1和电阻R2；电阻R1的第一端连接储能电容的负极，电阻R1的第二端连接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接储能电容的正极。

反馈模块包括基准电压源和反馈开关单元，本申请实施例中以TL431系列型号的可控精密稳压源为例，图2中表示为以U1，基准电压源U1的输入端(也可以称为参考端)U1_REF连接分压模块的第三端，即电阻R1与电阻R2之间，基准电压源U1的第一端(也可以称为阴极)U1_Cat连接反馈开关单元的控制端，基准电压源U1的第二端(也可以称为阳极)U1_Anode连接储能电容的正极。其中，反馈开关单元包括电阻R3、电阻R4和三极管Q1，三极管Q1的基极连接基准电压源U1的第一端，三极管Q1的基极还通过电阻R3连接至储能电容的负极，三极管Q1的发射极连接储能电容的负极，三极管Q1的集电极通过电阻R4连接至调节模块的控制端，其中，三极管Q1为PNP型三极管。基准电压源U1可以在采样电压(指REF参考端电压)大于基准电压时控制反馈开关单元导通，具体为控制三极管Q1导通，进而控制调节模块导通。

调节模块包括三极管Q2和电阻R5，三极管Q2的基极连接反馈模块的第三端，即通过电阻R4连接至开关管Q1的集电极，三极管Q2的集电极通过电阻R5连接至储能电容的负极，三极管Q2的发射极连接储能电容的正极，其中，三极管Q2为NPN型三极管。

具体的，以TL431系列型号的可控精密稳压源为例，基准电压源U1内部有一个2.5V的基准电压(或者其他数值的基准电压，本实施例中仅以2.5V作为示例进行说明)，当采样电压通过基准电压源U1的参考端进行反馈时，其内部电路会根据反馈实时调整阴极到阳极的分流。基于TL431的特性，即使其参考端电位仅有较小的变化，也足以使得接有上拉电阻R3的阴极电位(U1_Cat)产生较大的反向变化。

当储能电容端电压升高时，TL431的参考电压端电位随之升高，即使升高的幅度很小，其阴极电位也会明显下降，当参考端电压升高至超过基准电压，TL431的阴极电压减小，直至足以将三极管Q1基极电位拉低至其导通值，三极管Q1集电极电位升高，电流增大，进而导致三极管Q2导通，三极管Q2集电极电流增大，通过电阻R5对储能电容进行分流，以使电容端电压回降。

如图2所示，在一些实施例中，该电路还可以通过设置电阻R6与电阻R5并联的方式，或者设置其他连接方式的电阻，来改变对储能电容的分流效果，或者也可以直接采用可调电阻作为电阻R5的方式来控制对储能电容的分流效果。

当储能电容端电压逐渐降低时，TL431的参考电压端电位随之降低，即使降低的幅度很小，其阴极电位也会明显上升，当参考端电压降低至小于基准电压，TL431的阴极电压升高，将三极管Q1基极电位拉高，直至其基极电压不足以支持其导通，三极管Q1断开，进而导致三极管Q2断开，电阻R5停止对储能电容的分流作用，以使电容端电压回升。

基于此，该均压保护电路可以通过对单一的储能电容进行均压保护，还可以通过调节电阻R1与电阻R2的阻值关系，来设置适合应用环境的保护电压，并在储能电容的电压超过保护电压时，启动电阻R5热消耗多余能量，以保护储能电容。

例如，假设当前场景中的储能电容为3.8V电压规格的法拉电容或者电池，该储能电容的保护电压为4V，而通常TL431内部的基准电压大多在2.5V左右(通常最小值2.445V，最大值2.545V)，以其典型值2.495V为例，保护电压V1＝2.495*(1+R1/R2)，基于此，假设电阻R2的阻值固定为100K，则可以大致计算出V＝2.495*(1+63.4K/100K)＝4.0768V，从而确定电阻R1的阻值。

又例如，假设当前场景中的储能电容为2.7V电压规格的法拉电容或者电池，该储能电容的保护电压为2.85V，同样以2.495V的基准值为例，保护电压V1＝2.495*(1+R1/R2)，基于此，假设电阻R2的阻值固定为100K，则可以大致计算出V＝2.495*(1+14.2K/100K)＝2.849V，从而确定电阻R1的阻值。

可以理解的是，在一些实施例中，电阻R1为可调电阻，便于适应不同的应用场景。此外，根据实际情况的不同，例如在某些极端环境温度的情景中，储能电源中储能电容的保护电压也可能不同于理论值，此时，电阻R1为可调电阻就能够方便使用者根据实际情况对应调整电阻R1的阻值，以达到更理想的保护效果。

本申请实施例提供的均压保护电路包括分压模块、反馈模块和调节模块，分压模块的第一端连接储能电容的负极，分压模块的第二端连接储能电容的正极，分压模块的第三端连接反馈模块的输入端，反馈模块的第一端连接储能电容的负极，反馈模块的第二端连接储能电容的正极，反馈模块的第三端连接调节模块的控制端，调节模块的第一端连接储能电容的负极，调节模块的第二端连接储能电容的正极。反馈模块可以通过其输入端获取分压模块第三端的采样电压，在采样电压大于基准电压时，反馈模块可以控制调节模块导通，调节模块可以在导通时与储能电容分流，以保护储能电容。该电路无需使用控制芯片，而是运用了基准电压源极高的灵敏度实现均压保护功能，不需要额外的电压采集和比较器件，电路复杂度低；在储能电容电压正常时，耗能开关均不导通，正常情况下基本无功率消耗，且该电路为小信号电路，在进行均压保护的调节过程中消耗电源的功率也极低，省电且环保，成本优势极高，适合开发为模块化电路，在任意级数的储能电源电路中都能够兼容和使用。

需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种均压保护电路，应用于储能电源，所述储能电源包括至少一个储能电容，其特征在于，包括：分压模块、反馈模块和调节模块；

所述分压模块的第一端连接所述储能电容的负极，所述分压模块的第二端连接所述储能电容的正极，所述分压模块的第三端连接所述反馈模块的输入端，所述分压模块用于提供采样电压至所述反馈模块；

所述反馈模块的第一端连接所述储能电容的负极，所述反馈模块的第二端连接所述储能电容的正极，所述反馈模块的第三端连接所述调节模块的控制端，所述反馈模块用于在采样电压大于基准电压时，控制所述调节模块导通；

所述调节模块的第一端连接所述储能电容的负极，所述调节模块的第二端连接所述储能电容的正极，所述调节模块用于在导通时与所述储能电容分流。

2.根据权利要求1所述的均压保护电路，其特征在于，所述反馈模块包括基准电压源和反馈开关单元；

所述基准电压源的输入端连接所述分压模块的第三端，所述基准电压源的第一端连接所述反馈开关单元的控制端，所述基准电压源的第二端连接所述储能电容的正极，所述反馈开关单元的第一端连接所述储能电容的负极，所述反馈开关单元的第二端连接所述调节模块的控制端；

所述基准电压源用于在所述采样电压大于基准电压时控制所述反馈开关单元导通，所述反馈开关单元用于在导通时控制所述调节模块导通。

3.根据权利要求2所述的均压保护电路，其特征在于，所述基准电压源为TL431系列的可控精密稳压源。

4.根据权利要求2所述的均压保护电路，其特征在于，所述反馈开关单元包括电阻R3、电阻R4和三极管Q1；

所述三极管Q1的基极连接所述基准电压源的第一端，所述三极管Q1的基极还通过所述电阻R3连接至所述储能电容的负极，所述三极管Q1的发射极连接所述储能电容的负极，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R4连接至所述调节模块的控制端。

5.根据权利要求4所述的均压保护电路，其特征在于，所述三极管Q1为PNP型三极管。

6.根据权利要求1所述的均压保护电路，其特征在于，所述调节模块包括三极管Q2和电阻R5；

所述三极管Q2的基极连接所述反馈模块的第三端，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R5连接至所述储能电容的负极，所述三极管Q2的发射极连接所述储能电容的正极。

7.根据权利要求6所述的均压保护电路，其特征在于，所述三极管Q2为NPN型三极管。

8.根据权利要求1所述的均压保护电路，其特征在于，所述分压模块包括串联连接的电阻R1和电阻R2；

所述电阻R1的第一端连接所述储能电容的负极，所述电阻R1的第二端连接所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端连接所述储能电容的正极。

9.根据权利要求8所述的均压保护电路，其特征在于，所述电阻R1为可调电阻。

10.一种储能电源，其特征在于，包括至少一个储能电源，每一个所述储能电源均连接有如权利要求1-9任一项所述的均压保护电路。