CN101710628A - 一种电池低压保护电路及电池管理电路 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电源领域，提供了一种电池低压保护电路及电池管理电路；电池低压保护电路包括：开关电路、采样电路以及锁定电路，锁定电路的第一输入端连接至采样电路的输出端，锁定电路的第二输入端连接参考电压信号，将采样电压信号与参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，锁定电路输出控制信号，进入锁定状态。本发明提供的电池低压保护电路通过采样电路对电池电压信号进行采样，然后再采用锁定电路将采样电路输出的采样电压信号与参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，输出控制信号，进入锁定状态，对电池低压进行保护；这种电路结构简单、精度高，元器件使用寿命长，抗浪涌冲击能力强。

Description

一种电池低压保护电路及电池管理电路

技术领域

本发明属于电源领域，尤其涉及一种电池低压保护电路及电池管理电路。

背景技术

现有技术1是通过微控芯片来实现电池低压保护，不足之处在于：在切断负载以后电池电压的恢复回升会重新使微控芯片开通，使电池处于一种保护-放电的循环之中，这样会导致电池的漏电流过大，存储时间短；在实际应用中，对电池和负载的寿命都有不利影响。

现有技术2是通过模拟电路，利用比较器的比较和自锁功能来实现电池的低压保护和锁死；不足之处在于：需要一个耦合电容来帮助比较器启动时输出一个高电压，然而耦合电容的引入会使比较器的输入端承受-1V～VCC的宽电压，这对比较器来说是一个比较大的电应力，容易导致比较器失效从而使得整个电路的抗浪涌电流能力差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电池低压保护电路，旨在解决现有技术1采用微控制芯片来实现电池低压保护导致电池的漏电流过大，存储时间短以及现有技术2采用比较器来实现电池低压保护导致抗浪涌电流能力差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电池低压保护电路，所述电池低压保护电路包括：

开关电路，其控制端连接外部的开关控制信号，所述开关电路的输入端连接至电池电压，根据所述开关控制信号输出电池电压信号；

采样电路，其输入端连接至所述开关电路的输出端，对所述电池电压信号进行采样后输出采样电压信号；

锁定电路，其第一输入端连接至所述采样电路的输出端，所述锁定电路的第二输入端连接参考电压信号，将所述采样电压信号与所述参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，所述锁定电路输出控制信号，进入锁定状态；

所述采样电路包括：依次串联连接在所述开关电路的输出端与地端之间的第一采样电阻以及第二采样电阻；以及依次串联连接在所述开关电路的输出端与地端之间的第一采样电容以及第二采样电容；

所述第一采样电容与所述第二采样电容的串联连接端与所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的串联连接端连接后作为所述采样电路的输出端连接至所述锁定电路的第一输入端。

其中，所述开关电路包括三极管，所述三极管的基极连接外部的开关控制信号，所述三极管的发射极连接电池电压，所述三极管的集电极连接至所述采样电路的输入端。

其中，当所述电池电压信号为交流电压信号时，所述采样电路的输出端的电压V1为：

所述VCC为所述电池电压，所述C1为所述第一采样电容的容值，所述C2为所述第二采样电容的容值；

当所述电池电压信号为直流电压信号时，所述采样电路的输出端的电压V2为：所述VCC为所述电池电压，所述R1为所述第一采样电阻的阻值，所述R2为所述第二采样电阻的阻值；

当所述电池电压低于设置的阈值电压时，所述采样电路的输出端的电压V3为：所述R1为所述第一采样电阻的阻值，所述R2为所述第二采样电阻的阻值，所述R3为连接在所述采样电路的输出端与所述锁定电路的输出端之间的电阻的阻值。

其中，所述阈值电压Vmin满足下述关系：

且所述Vref为所述锁定电路的第二输入端的参考电压，所述C1为所述第一采样电容的容值，所述C2为所述第二采样电容的容值。

其中，电池电压的最大值Vmax满足下述关系：所述Vref为所述锁定电路的第二输入端的参考电压，所述R1为所述第一采样电阻的阻值，所述R2为所述第二采样电阻的阻值，所述R3为连接在所述采样电路的输出端与所述锁定电路的输出端之间的电阻的阻值。

其中，所述锁定电路包括：比较模块、单向导通元件以及分压电阻；所述比较模块的第一输入端连接至所述采样电路的输出端，所述比较模块的第二输入端连接所述参考电压信号；所述分压电阻的一端连接至所述比较模块的输出端，所述分压电阻的另一端通过所述单向导通元件连接至所述采样电路的输出端与所述锁定电路的第一输入端连接的连接端；当所述电池电压低于设置的阈值电压时，所述单向导通元件导通。

其中，所述比较模块包括：比较器以及滤波电容；所述比较器的正向输入端连接至所述采样电路的输出端，所述比较器的反向输入端连接所述参考电压信号，所述比较器的电源端通过所述滤波电容接地，所述比较器的输出端与所述分压电阻的一端连接。

其中，所述单向导通元件为二极管，所述二极管的阳极连接至所述采样电路的输出端与所述锁定电路的第一输入端连接的连接端，所述二极管的阴极通过所述分压电阻连接至所述比较模块的输出端。

本发明实施例的另一目的在于提供一种电池管理电路，其包括电池低压保护电路，所述电池低压保护电路为上述电池低压保护电路。

本发明实施例提供的电池低压保护电路通过采样电路对电池电压信号进行采样，然后再采用锁定电路将采样电路输出的采样电压信号与参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，输出控制信号，进入锁定状态，对电池低压进行保护；这种电路结构简单、精度高，元器件使用寿命长，抗浪涌冲击能力强。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电池低压保护电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的电池管理电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的电池低压保护电路通过采样电路对电池电压信号进行采样，然后再采用锁定电路将采样电路输出的采样电压信号与参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，输出控制信号，进入锁定状态，对电池低压进行保护。

本发明实施例提供的电池低压保护电路主要应用于电池管理电路中，该电池低压保护电路的具体电路如图1所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

电池低压保护电路包括：开关电路11、采样电路12以及锁定电路13；其中开关电路11的控制端连接外部的开关控制信号Input，开关电路11的输入端连接至电池电压VCC，根据开关控制信号输出电池电压信号；采样电路12的输入端连接至开关电路11的输出端，对电池电压信号进行采样后输出采样电压信号；锁定电路13的第一输入端连接至采样电路12的输出端，锁定电路13的第二输入端连接参考电压信号Vref，将采样电压信号与参考电压信号Vref进行比较，当电池电压VCC低于设置的阈值电压时，锁定电路13输出控制信号，进入锁定状态。

在本发明实施例中，开关电路11可以为三极管Q1，三极管Q1的基极连接外部的开关控制信号Input，三极管Q1的发射极连接电池电压VCC，三极管Q1的集电极连接至采样电路12的输入端。三极管Q1的基极连接的外部的开关控制信号Input为解锁信号，正常工作时，外部的开关控制信号Input输入为高电平；当锁定电路13处于锁定状态后，外部的开关控制信号Input输入经过高-低-高变化后，锁定电路13解锁。

作为本发明的一个实施例，开关电路11还可以为MOS管、可控硅、继电器等开关元件；外部的开关控制信号Input可以是手动控制的开关信号，也可以是由其他电路发出的电信号。

在本发明实施例中，采样电路12包括：第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第一采样电容C1以及第二采样电容C2；其中，第一采样电阻R1以及第二采样电阻R2依次串联连接在开关电路11的输出端与地端之间；第一采样电容C1以及第二采样电容C2依次串联连接在开关电路11的输出端与地端之间；第一采样电容C1与第二采样电容C2的串联连接端与第一采样电阻R1与第二采样电阻R2的串联连接端连接后作为采样电路12的输出端连接至锁定电路13的第一输入端。

在本发明实施例中，锁定电路13包括：比较模块131、单向导通元件132以及分压电阻R3；其中，比较模块131的第一输入端连接至采样电路12的输出端，比较模块131的第二输入端连接参考电压信号Vref；分压电阻R3的一端连接至比较模块131的输出端，分压电阻R3的另一端通过单向导通元件132连接采样电路12的输出端与锁定电路13的第一输入端连接的连接端；当电池电压VCC低于设置的阈值电压时，单向导通元件132导通。

作为本发明的一个实施例，单向导通元件132可以为二极管D1，二极管D1的阳极连接至采样电路12的输出端与锁定电路13的第一输入端连接的连接端，二极管D1的阴极通过分压电阻R3连接至比较模块131的输出端。

在本发明实施例中，比较模块132包括：比较器U1以及滤波电容C3；其中，比较器U1包括8个引脚，其中，引脚1、2、3悬空不接，引脚4接地，引脚5作为比较器U1的正向输入端连接至采样电路12的输出端，引脚6作为比较器U1的反向输入端连接参考电压信号Vref，引脚7作为比较器U1的输出端与分压电阻R3的一端连接，引脚8作为比较器U1的电源端VCC通过滤波电容C3接地。

为了更进一步说明本发明实施例提供的电池低压保护电路，现结合图1详述本发明实施例提供的电池低压保护电路的工作原理如下，为了便于说明，开关模块11以三极管Q1为例，单向导通元件132以二极管D1为例。

在三极管Q1导通的瞬间，电池电压VCC由0变到最大，VCC是一个快速的上升沿信号；三极管Q1处于导通状态，电池电压VCC通过第一采样电容C1和第二采样电容C2的耦合与分压关系在比较器U1的引脚5产生一个正向端输入电压V1，即采样电路12的输出端的电压V1，

其中VCC表示电池电压，C1表示第一采样电容C1的容值，C2表示第二采样电容C2的容值；当电压V1满足关系V₁＞V_ref时，比较器U1的引脚7输出高电平信号，通过Control信号控制后续的负载工作。

当电池电压VCC经过开通时的上升沿信号以后，电池电压VCC变为一个直流电压信号，此时比较器U1的引脚5的正向端输入电压V2由第一采样电阻R1和第二采样电阻R2的分压来获得，

其中VCC表示电池电压，R1表示第一采样电阻的阻值，R2表示第二采样电阻的阻值；此时比较器U1的引脚7输出高电平信号，继续维持高电平开通Control信号控制后续的负载工作。

当电池电压VCC低于设置的阈值电压时，

比较器U1的引脚7输出低电平信号；此时二极管D1导通，比较器U1的引脚5的正向端输入电压V3被拉低，进入锁死状态；如果忽略二极管D1的压降，则

其中R1表示第一采样电阻R1的阻值，R2表示第二采样电阻R2的阻值，R3表示分压电阻R3的阻值。

在本发明实施例中，为了防止电池电压VCC在负载切入时突然降低而产生误动作，同时保证在变化的电压条件下，比较器U1的引脚5输入的电压都在安全的范围内，必须保证第一采样电容C1的容值C1，第二采样电容C2的容值C2与阈值电压Vmin之间满足下述关系：

且其中Vref表示锁定电路13的第二输入端的参考电压，C1表示第一采样电容C1的容值，C2表示第二采样电容C2的容值。

在本发明实施例中，电池电压VCC的最大值为Vmax，满足下述关系：

其中R1表示第一采样电阻R1的阻值，R2表示第二采样电阻R2的阻值，R3表示分压电阻R3的阻值。

在本发明实施例中，可以通过外部的开关控制信号Input来控制三极管Q1的导通和关断，电池低压保护电路重复上述电气过程，从而达到复位的目的。

采用本发明实施例提供的电池低压保护电路可以减少比较的电应力，大幅度提高比较器的可靠性，延长了使用寿命；同时解决了负载切入时大脉冲电流带来的电池电压突然降低可能会造成的电路误动作问题。

图2示出了本发明实施例提供的电池管理电路的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

电池管理电路包括：第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第一采样电容C1、第二采样电容C2、比较器U1、滤波电容C3、二极管D1、二极管D2、分压电阻R3，三极管Q2、电阻R4、电阻R5以及电阻R6；其中，比较器U1包括8个引脚，其中，引脚2、3悬空不接，引脚4接地，引脚1通过电阻R4连接至三极管Q2的基极，引脚5作为比较器U1的正向输入端连接至二极管D2的阴极，引脚6作为比较器U1的反向输入端连接参考电压信号Vref，引脚7作为比较器U1的输出端与分压电阻R3的一端连接，引脚8作为比较器U1的电源端VCC通过滤波电容C3接地；三极管Q2的发射极通过电阻R6连接至电源VCC，电阻R5连接在三极管Q2的基极与电源VCC之间，三极管Q2的集电极连接参考电压信号Vref，第一采样电阻R1与第二采样电阻R2串联连接在参考电压信号Vref与地之间，第一采样电容C1与第二采样电容C2串联连接在参考电压信号Vref与地之间，第一采样电容C1与第二采样电容C2的串联连接端与第一采样电阻R1与第二采样电阻R2的串联连接端连接后再与二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极连接至分压电阻R3的另一端，二极管D1的阳极连接至二极管D2的阳极。这里的比较器U1包括两路运算放大器。

在本发明实施例提供的电池管理电路中，电池电压为12V，输出电压为直流220V，电池电压的保护范围为10.5V+/-0.3V，当电池电压低于阈值电压后，电池管理电路进入保护状态，除非拨动开关有动作或者光耦端给出高低变化的信号，负载切入时的突然低压，电池管理电路可以完全识别。

本发明实施例提供的电池低压保护电路通过采样电路对电池电压信号进行采样，然后再采用锁定电路将采样电路输出的采样电压信号与参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，输出控制信号，进入锁定状态，对电池低压进行保护；这种电路结构简单、精度高，元器件使用寿命长，抗浪涌冲击能力强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池低压保护电路，其特征在于，所述电池低压保护电路包括：

开关电路，其控制端连接外部的开关控制信号，所述开关电路的输入端连接至电池电压，根据所述开关控制信号输出电池电压信号；

采样电路，其输入端连接至所述开关电路的输出端，对所述电池电压信号进行采样后输出采样电压信号；

锁定电路，其第一输入端连接至所述采样电路的输出端，所述锁定电路的第二输入端连接参考电压信号，将所述采样电压信号与所述参考电压信号进行比较，当电池电压低于设置的阈值电压时，所述锁定电路输出控制信号，进入锁定状态；

所述采样电路包括：依次串联连接在所述开关电路的输出端与地端之间的第一采样电阻以及第二采样电阻；以及依次串联连接在所述开关电路的输出端与地端之间的第一采样电容以及第二采样电容；

所述第一采样电容与所述第二采样电容的串联连接端与所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的串联连接端连接后作为所述采样电路的输出端连接至所述锁定电路的第一输入端。

2.如权利要求1所述的电池低压保护电路，其特征在于，所述开关电路包括三极管，所述三极管的基极连接外部的开关控制信号，所述三极管的发射极连接电池电压，所述三极管的集电极连接至所述采样电路的输入端。

3.如权利要求1所述的电池低压保护电路，其特征在于，

当所述电池电压信号为交流电压信号时，所述采样电路的输出端的电压V1为：所述VCC为所述电池电压，所述C1为所述第一采样电容的容值，所述C2为所述第二采样电容的容值；

当所述电池电压信号为直流电压信号时，所述采样电路的输出端的电压V2为：

所述VCC为所述电池电压，所述R1为所述第一采样电阻的阻值，所述R2为所述第二采样电阻的阻值；

当所述电池电压低于设置的阈值电压时，所述采样电路的输出端的电压V3为：所述R1为所述第一采样电阻的阻值，所述R2为所述第二采样电阻的阻值，所述R3为连接在所述采样电路的输出端与所述锁定电路的输出端之间的电阻的阻值。

4.如权利要求3所述的电池低压保护电路，其特征在于，所述阈值电压Vmin满足下述关系：

且

所述Vref为所述锁定电路的第二输入端的参考电压，所述C1为所述第一采样电容的容值，所述C2为所述第二采样电容的容值。

5.如权利要求3所述的电池低压保护电路，其特征在于，电池电压的最大值Vmax满足下述关系：所述Vref为所述锁定电路的第二输入端的参考电压，所述R1为所述第一采样电阻的阻值，所述R2为所述第二采样电阻的阻值，所述R3为连接在所述采样电路的输出端与所述锁定电路的输出端之间的电阻的阻值。

6.如权利要求1所述的电池低压保护电路，其特征在于，所述锁定电路包括：

比较模块、单向导通元件以及分压电阻；

所述比较模块的第一输入端连接至所述采样电路的输出端，所述比较模块的第二输入端连接所述参考电压信号；

所述分压电阻的一端连接至所述比较模块的输出端，所述分压电阻的另一端通过所述单向导通元件连接至所述采样电路的输出端与所述锁定电路的第一输入端连接的连接端；

当所述电池电压低于设置的阈值电压时，所述单向导通元件导通。

7.如权利要求6所述的电池低压保护电路，其特征在于，所述比较模块包括：比较器以及滤波电容；

所述比较器的正向输入端连接至所述采样电路的输出端，所述比较器的反向输入端连接所述参考电压信号，所述比较器的电源端通过所述滤波电容接地，所述比较器的输出端与所述分压电阻的一端连接。

8.如权利要求6所述的电池低压保护电路，其特征在于，所述单向导通元件为二极管，所述二极管的阳极连接至所述采样电路的输出端与所述锁定电路的第一输入端连接的连接端，所述二极管的阴极通过所述分压电阻连接至所述比较模块的输出端。

9.一种电池管理电路，其包括电池低压保护电路，其特征在于，所述电池低压保护电路为权利要求1-8任一项所述的电池低压保护电路。

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