TWI413329B - 電池過放電保護裝置 - Google Patents

Description

電池過放電保護裝置

本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種電池過放電保護裝置。

眾所周知，可充電電池在過放電時會造成不可逆的損壞。習知技術中為了避免可充電電池過放電的情況發生，通常會在可充電電池及電源管理單元之間連接過放電保護裝置，電源管理單元具有一使能端，當使能端的電壓值大於第一基準電壓值，也即可充電電池正常輸出供電電壓，電源管理單元正常工作，從而可充電電池提供電壓給負載。當使能端的電壓值小於第二基準電壓值，也即可充電電池進入過放電狀態時，電源管理單元停止工作，從而可充電電池停止提供電壓給負載。

過放電保護裝置包括一分壓電路、上拉電阻、第一三極管及第二三極管，分壓電路對可充電電池的電壓進行分壓，以產生參考電壓，第一三極管的基極連接分壓電路，發射極接地，集電極通過上拉電阻連接可充電電池。第二三極管的基極連接第一三極管的集電極，發射極連接可充電電池，集電極連接電源管理單元的使能端。第一三極管為NPN型三極管，第二三極管為PNP型三極管。當可充電電池處於過放電狀態時，分壓電路對可充電電池的電壓進行分壓所產生的參考電壓將使得第一三極管截止，第一三極管 截止導致第二三極管截止，從而電源管理單元停止工作，可充電電池停止提供電壓給負載，避免了可充電電池過放電時繼續放電所造成的損壞。

然而，當可充電電池接近於過放電狀態時，分壓電路對可充電電池的電壓進行分壓所產生的參考電壓使得第一三極管及第二三極管均工作於線性放大區，因而可能導致電源管理單元的使能端電壓值處於第一基準電壓值及第二基準電壓值之間，造成電源管理單元無法工作，負載也不能獲得電源工作。

有鑒於此，有必要提供一種可避免電池過放電且使負載穩定工作的電池過放電保護裝置。

一種電池過放電保護裝置包括分壓電路、基準電壓電路、比較電路及電源管理單元。分壓電路用於對可充電電池提供的供電電壓進行分壓以產生取樣電壓，並將該取樣電壓提供給比較電路。基準電壓電路用於接收可充電電池的供電電壓，並在可充電電池的供電電壓值大於一預設的基準電壓值時將該基準電壓提供給比較電路。比較電路用於在取樣電壓值小於該基準電壓值時輸出第一準位訊號給電源管理單元，並在取樣電壓大於該基準電壓時輸出第二準位訊號給電源管理單元。電源管理單元根據該第一準位訊號及第二準位訊號分別切斷及導通可充電電池與負載之間的電源供應。

上述電池過放電保護裝置，藉由設置一比較電路，當取樣電壓小於該基準電壓，即可充電電池已處於過放電狀態時，電源管理單 元即切斷可充電電池與負載之間的電源供應，因此可防止可充電電池在過放電狀態時繼續放電而損壞。由於電源管理單元的使能端可靠地穩定在第一準位訊號及第二準位訊號狀態，因此可保障負載穩定工作。

10‧‧‧可充電電池

12‧‧‧濾波電路

14‧‧‧分壓電路

15‧‧‧基準電壓電路

16‧‧‧比較電路

160‧‧‧同相輸入端

162‧‧‧反相輸入端

164‧‧‧輸出端

166‧‧‧電源端

168‧‧‧接地端

18‧‧‧電源管理單元

180‧‧‧使能端

20‧‧‧負載

30‧‧‧開關單元

31‧‧‧開關

35‧‧‧控制端

32、34、36‧‧‧引腳

Vi‧‧‧電壓

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8‧‧‧電阻

D1‧‧‧齊納二極體

C1、C2‧‧‧電容

U1‧‧‧比較器

100‧‧‧電池過放電保護裝置

圖1為一較佳實施方式的電池過放電保護裝置之功能模組圖。

圖2為圖1中電池過放電保護裝置之具體電路圖。

如圖1所示為一較佳實施方式的電池過放電保護裝置100之功能模組圖。該電池過放電保護裝置100包括濾波電路12、分壓電路14、基準電壓電路15、比較電路16及電源管理單元18。電池過放電保護裝置100用於在可充電電池10的容量小於預定容量，即可充電電池10過放電時，切斷可充電電池10與負載20之間的電源供應，以防止可充電電池10因繼續放電而造成一定的損壞。

濾波電路12用於對可充電電池10提供的供電電壓進行濾波，以濾除雜訊。

分壓電路14用於對經濾波後的可充電電池10的供電電壓進行分壓，以產生取樣電壓，並將取樣電壓提供給比較電路16。

基準電壓電路15用於接收可充電電池10提供的供電電壓，並在可充電電池10的供電電壓值大於一基準電壓值時將該基準電壓提供給比較電路16。當可充電電池10的電壓值小於基準電壓值時，基準電壓電路15不提供電壓給比較電路16。具體地，基準電壓電路 15包括齊納二極體及限流電阻，齊納二極體的陰極通過限流電阻與可充電電池10相連，陽極接地，齊納二極體的陰極還與比較電路16相連。在本實施方式中，該基準電壓為齊納二極體的反向擊穿電壓。當可充電電池10提供的供電電壓大於齊納二極體的反向擊穿電壓時，齊納二極體兩端的電壓將穩定為反向擊穿電壓，因此基準電壓電路15將該反向擊穿電壓提供給比較電路16。

比較電路16用於將取樣電壓與基準電壓進行比較，並在取樣電壓小於該基準電壓時，即可充電電池10已處於過放電狀態時，輸出第一準位訊號給電源管理單元18的使能端180，電源管理單元18根據其使能端180接收到的第一準位訊號停止工作，因此比較電路16接收到的來自可充電電池10的電壓不能提供給負載20。

比較電路16還用於在取樣電壓大於該基準電壓時，輸出第二準位訊號給電源管理單元18的使能端180，該電源管理單元18根據其使能端180接收到的第二準位訊號正常工作，因此比較電路16接收到的來自可充電電池10的電壓可通過電源管理單元18提供給負載20。

在本實施方式中，該第一準位訊號為低準位電壓訊號，該第二準位訊號為高準位電壓訊號。

請一併參閱圖2，其為電池過放電保護裝置100的電路圖。電池過放電保護裝置100還包括開關單元30。濾波電路12包括電解電容C1及濾波電容C2，電解電容C1的正極連接可充電電池10，負極接地。濾波電容C2的一端連接於電解電容C1的正極及開關單元30之 間，另一端接地。濾波電路12用於對可充電電池10輸出的電壓進行濾波，以濾除雜訊。

開關單元30包括開關31及下拉電阻R3。開關31為一機械開關，其具有第一引腳32、第二引腳34、第三引腳36及控制端35。第一引腳32通過下拉電阻R3接地，第二引腳34與濾波電容C2相連，第三引腳36與分壓電路14及基準電壓電路15相連。當控制端35未被按下時，開關31處於開啟狀態，第一引腳32與第二引腳34連通，可充電電池10不能通過濾波電路12及開關單元30提供電壓給分壓電路14及基準電壓電路15。當控制端35被按下時，開關31處於關閉狀態，第三引腳36與第二引腳34連通，可充電電池10通過濾波電路12及開關單元30提供電壓給分壓電路14及基準電壓電路15。

分壓電路14包括第一分壓電阻R1及第二分壓電阻R2。第一分壓電阻R1的一端與開關31的第三引腳36相連，另一端與比較電路16的同相輸入端160相連，第二分壓電阻R2的一端與第一分壓電阻R1相連，另一端接地。

基準電壓電路15包括限流電阻R4及齊納二極體D1。該限流電阻R4的一端與開關31的第三引腳36相連，另一端與比較電路16的反相輸入端162相連。齊納二極體D1的陰極與限流電阻R4相連，陽極接地。

比較電路16包括比較器U1、上拉電阻R5、反饋電阻R6、限流電阻R7及下拉電阻R8，該比較器U1具有同相輸入端160、反相輸入端162及輸出端164、電源端166及接地端168。同相輸入端160連接 於第一分壓電阻R1及第二分壓電阻R2之間，反相輸入端162連接於限流電阻R4及齊納二極體D1之間，電源端166與可充電電池10相連，接地端168接地。電源端166通過上拉電阻R5與輸出端164相連，反饋電阻R6連接於同相輸入端160與輸出端164之間。限流電阻R7的一端連接比較器U1的輸出端164，另一端連接電源管理單元18的使能端180，下拉電阻R8的一端連接於限流電阻R7與使能端180之間，另一端接地。

電池過放電保護裝置100的工作原理如下：當控制端35被按下時，開關31處於關閉狀態，第三引腳36與第二引腳34連通，可充電電池10提供的電壓V_i經濾波電路12濾波後被提供給分壓電路14及基準電壓電路15。分壓電路14中的電阻R1、R2對電池電壓V_i進行分壓，使得比較器U1的同相輸入端160的電壓為V₁₆₀=V_i＊R2/(R1+R2)。基準電壓電路15中的齊納二極體D1的反向擊穿電壓為V_T，當V_i>V_T時，齊納二極體D1被反向擊穿，其兩端的電壓將維持為V_T，也即比較器U1的反相輸入端162接收到預設的基準電壓，該基準電壓為V₁₆₂=V_T。在本實施方式中，齊納二極體D1的反向擊穿電壓V_T=4.7V，當V_i接近開機門檻電壓6.7V時，即V_i=6.7V，V₁₆₂=V_T=4.7V，R1=9101kΩ，R2=2200kΩ，同相輸入端160的電壓為V₁₆₀=V_i ＊ R2/(R1+R2)=6.7 ＊ 2200/3110V=4.739V>V₁₆₂。

由於V₁₆₀>V₁₆₂，因此比較器U1的輸出端164將呈高阻抗，可充電電池10提供的電壓V_i將通過電阻R5、R7、R8接地，電源管理單元18的使能端180的電壓V₁₈₀等於電阻R8兩端分得的電壓值，使能端 180為高準位電壓狀態，電源管理單元18正常工作，可充電電池10的電壓V_i將通過電阻R5、R7以及電源管理單元18被提供給負載20，從而使負載20上電工作。同時，由於電阻R5及R6與電阻R1並聯連接於可充電電池10與比較器U1的同相輸入端160之間，電阻R5及R6與電阻R1並聯後的總電阻將小於電阻R1，因此電阻R2分得的電壓值將增大，也即同相輸入端160的電壓值V₁₆₀將增大，V₁₆₀>V₁₆₂，比較器U1的輸出端164維持為高阻抗狀態，使得電源管理單元18的使能端180的電壓V180穩定地維持在高準位電壓狀態，負載20可獲得可充電電池10提供的電壓而穩定工作。

當可充電電池10的電壓V_i繼續放電，使得同相輸入端160的電壓V₁₆₀小於反相輸入端162的電壓V₁₆₂時，比較器U1的輸出端164為低準位狀態，因此電源管理單元18的使能端180的電壓V₁₈₀為低準位電壓狀態，電源管理單元18停止工作，負載20不能獲得可充電電池10提供的電壓而停止工作，有效地防止可充電電池10過放電所造成的損壞。在本實施方式中，V₁₆₀<V₁₆₂時，比較器U1的輸出端164電壓V₁₆₄=0，此時，電阻R2及R6並聯連接於比較器U1的同相輸入端160與地之間，電阻R2及R6並聯後的總電阻小於電阻R2，因此電阻R2分得的電壓值將降低，也即同相輸入端160的電壓值V₁₆₀將降低，V₁₆₀<V₁₆₂，比較器U1的輸出端164維持為低準位狀態，電源管理單元18的使能端180的電壓V₁₈₀也穩定地維持在低準位電壓狀態，因此負載20停止工作，可更好地防止可充電電池10過放電所造成的損壞。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟 ，以上所述僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧可充電電池

12‧‧‧濾波電路

14‧‧‧分壓電路

15‧‧‧基準電壓電路

16‧‧‧比較電路

160‧‧‧同相輸入端

162‧‧‧反相輸入端

164‧‧‧輸出端

166‧‧‧電源端

168‧‧‧接地端

18‧‧‧電源管理單元

180‧‧‧使能端

20‧‧‧負載

30‧‧‧開關單元

31‧‧‧開關

35‧‧‧控制端

32、34、36‧‧‧引腳

Vi‧‧‧電壓

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8‧‧‧電阻

D1‧‧‧齊納二極體

C1、C2‧‧‧電容

U1‧‧‧比較器

Claims (7)

1. 一種電池過放電保護裝置，連接於可充電電池與負載之間，其改良在於：該電池過放電保護裝置包括分壓電路、基準電壓電路、比較電路及電源管理單元，該分壓電路用於對可充電電池提供的供電電壓進行分壓以產生取樣電壓，並將該取樣電壓提供給比較電路，該基準電壓電路用於接收可充電電池的供電電壓，並在可充電電池的供電電壓值大於一預設的基準電壓值時將該基準電壓提供給比較電路，該比較電路用於在取樣電壓值小於該基準電壓值時輸出第一準位訊號給電源管理單元，並在取樣電壓大於該基準電壓時輸出第二準位訊號給電源管理單元，該電源管理單元根據該第一準位訊號及第二準位訊號分別切斷及導通可充電電池與負載之間的電源供應；該比較電路包括比較器、上拉電阻及下拉電阻，該比較器具有同相輸入端、反相輸入端、電源端、接地端及輸出端，該同相輸入端連接分壓電路，該反相輸入端連接基準電壓電路，該電源端連接可充電電池，該接地端接地，該輸出端連接電源管理單元的使能端，該上拉電阻連接於電源端與輸出端之間，該下拉電阻的一端連接於輸出端與電源管理單元的使能端之間，另一端接地。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池過放電保護裝置，其中該比較器用於在取樣電壓值小於該基準電壓值時使其輸出端輸出該第一準位訊號，該比較器還用於在取樣電壓值大於該基準電壓值時使其輸出端維持於高阻態。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池過放電保護裝置，其中該比較電路還包括反饋電阻，該反饋電阻連接於同相輸入端與輸出端之間，該反饋電阻用於在輸出端輸出第一準位訊號時使同相輸入端的電壓降低，該反饋電阻還用於在輸出端維持於高阻態時使同相輸入端的電壓升高。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池過放電保護裝置，其中該第一準位訊號為低準位電壓訊號，該第二準位訊號為高準位電壓訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池過放電保護裝置，其中該基準電壓電路包括限流電阻及齊納二極體，該限流電阻連接於反相輸入端及可充電電池之間，該齊納二極體的陰極連接反相輸入端，陽極接地，該基準電壓為齊納二極體的反向擊穿電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池過放電保護裝置，其中該分壓電路包括第一分壓電阻及第二分壓電阻，該第一分壓電阻連接於同相輸入端與可充電電池之間，該第二分壓電阻連接於同相輸入端與地之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電池過放電保護裝置，其中該電池過放電保護裝置還包括連接於分壓電路與可充電電池之間的濾波電路，該濾波電路包括電解電容及濾波電容，該電解電容及濾波電容並聯連接於可充電電池與地之間。