CN102946093B - 一种锂电池短路保护电路 - Google Patents

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本发明属于电路控制技术领域，提供了一种锂电池短路保护电路，包括多个串联接一起的电池芯组、双栅极场效应管Q1、检测单元以及输出调整单元，所述的电池芯组的正极端与检测单元连接，电池芯组的负极端与输出调整单元连接，双栅极场效应管Q1连接在检测单元以及输出调整单元之间。本发明的优点在于通过控制芯片MCU的A/D端检测电路电压并控制锂电池的充放电，以保证电动工具使用安全性和稳定性，整个电路结构简单，反应速度快，具备较好的实用性和兼容性。

Description

一种锂电池短路保护电路
技术领域
本发明属于电路控制技术领域，涉及电动工具内部电路，尤其涉及一种锂电池短路保护电路。
背景技术
目前在各种机械行业中、建筑业和家具制造业中，小型电动工具因具有体积小巧、操作灵活等优点已应用非常广泛，现有的小型电动工具已大多采用锂离子电池作为主要电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点，但是同时锂离子电池对充放电要求很高，当过充、过放、过电流及短路等情况发生时，如发生短路时如不及时进行处理，很可能会烧毁电动工具内的电机或引起锂电池***，因此需要设置短路保护电路对锂电池进行控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种锂电池短路保护电路，提高整个电路的安全性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锂电池短路保护电路，其特征在于，包括多个串联接一起的电池芯组、双栅极场效应管Q1、检测单元以及输出调整单元，所述的电池芯组的正极端与检测单元连接，电池芯组的负极端与输出调整单元连接，双栅极场效应管Q1连接在检测单元以及输出调整单元之间，所述的检测单元包括控制芯片MCU、电容C1、电阻R1、稳压二极管DZ3以及电阻R2，所述的电容C1、电阻R1以及稳压二极管DZ3三者相互并联后一端与电阻R2串联连接，另一端与控制芯片MCU的A/D端连接，所述电阻R2的一端与双栅极场效应管Q1的漏极连接，所述的电容C1的一端连接到公共接地端。
为优化上述方案采取的措施具体包括：
在上述的一种锂电池短路保护电路中，所述的电阻R2的另一端与电池芯组之间连接有单向二级管D1，在单向二级管D1的两端分别为CHR+端和CHR-端。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，所述的电容C1的电容值为0.01uf，所述的电阻R1的电阻值为38K，所述的电阻R2的电阻值为10K。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，所述的输出调整单元包括通过控制芯片MCU控制的RC2端、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q2以及三极管Q3，所述的电阻R4和电阻R5串联连接后与电阻R3并联连接，电阻R3和电阻R4共同连接到D+端，三极管Q3的基极与电阻R5连接，三极管Q3的基极的发射极与电阻R3连接，三极管Q3的集电极分别与电阻R7和双栅极场效应管Q1的栅极连接，所述的RC2端与电阻R6的一端串联连接，电阻R6的另一端与三极管Q2的基极连接，所述的三极管Q2的集电极连接在电阻R4和电阻R5之间，三极管Q2的发射极分别连接到电阻R7和电池芯组的负极端。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，所述的电阻R7上还并联设置有稳压二极管DZ2，所述的稳压二极管DZ2的一端连接在双栅极场效应管Q1的栅极与三极管Q3的集电极之间，另一端连接在三极管Q2的发射极和电池芯组的负极端之间。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，所述的电阻R3的电阻值为2K，电阻R4的电阻值为1M，电阻R5的电阻值为100K，电阻R6的电阻值为100K，电阻R7的电阻值为68K。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，所述的双栅极场效应管Q1的源极和漏极之间连接有稳压二极管DZ1，所述的双栅极场效应管Q1的源极连接到公共接地端，所述的双栅极场效应管Q1的内阻为2.6～3.7mΩ。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，本短路保护电路按以下方法进行控制保护：在电池芯组不工作时控制芯片MCU处于休眠状态，这时双栅极场效应管Q1关闭，内阻无穷大，当电池芯组启动工作时(相当于在CHR+端和CHR-端之间加载)，由于双栅极场效应管Q1关闭，双栅极场效应管Q1的源极电压等于电池芯组电压，当电路出现负载短路时，此时控制芯片MCU的A/D端检测到高电位，控制芯片MCU被唤醒，并通过RC2端打开双栅极场效应管Q1开始放电。
在上述的一种锂电池短路保护电路中，当电流超过110A时认为负载短路，此时双栅极场效应管Q1的源极按最小内阻计算为110A*2.6mΩ＝286Mv，按最大内阻计算为110A*3.7mΩ＝407Mv，取中间值350mv，当控制芯片MCU的A/D端采样到350mv以上时长5ms以上就关闭双栅极场效应管Q1。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过控制芯片MCU的A/D端检测电路电压并控制锂电池的充放电，以保证电动工具使用安全性和稳定性，整个电路结构简单，反应速度快，具备较好的实用性和兼容性。
附图说明
图1是本锂电池短路保护电路的原理图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
图中，检测单元1；输出调整单元2；电池芯组3。
如图1所示，本锂电池短路保护电路用于电动工具内部的锂电池，包括多个串联接一起的电池芯组3、双栅极场效应管Q1、检测单元1以及输出调整单元2，双栅极场效应管Q1的内阻为2.6～3.7mΩ，电池芯组3的正极端与检测单元1连接，电池芯组3的负极端与输出调整单元2连接，双栅极场效应管Q1连接在检测单元1以及输出调整单元2之间。
检测单元1包括控制芯片MCU、电容C1、电阻R1、稳压二极管DZ3以及电阻R2，电容C1、电阻R1以及稳压二极管DZ3三者相互并联后一端与电阻R2串联连接，另一端与控制芯片MCU的A/D端连接，所述电阻R2的一端与双栅极场效应管Q1的漏极连接，电容C1的一端连接到公共接地端，电阻R2的另一端与电池芯组3之间连接有单向二级管D1，在单向二级管D1的两端分别为CHR+端和CHR-端，电容C1的电容值为0.01uf，电阻R1的电阻值为38K，电阻R2的电阻值为10K。
输出调整单元2包括通过控制芯片MCU控制的RC2端、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q2以及三极管Q3，电阻R4和电阻R5串联连接后与电阻R3并联连接，电阻R3和电阻R4共同连接到D+端，三极管Q3的基极与电阻R5连接，三极管Q3的基极的发射极与电阻R3连接，三极管Q3的集电极分别与电阻R7和双栅极场效应管Q1的栅极连接，RC2端与电阻R6的一端串联连接，电阻R6的另一端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极连接在电阻R4和电阻R5之间，三极管Q2的发射极分别连接到电阻R7和电池芯组3的负极端，电阻R3的电阻值为2K，电阻R4的电阻值为1M，电阻R5的电阻值为100K，电阻R6的电阻值为100K，电阻R7的电阻值为68K，为了进行稳压，双栅极场效应管Q1的源极和漏极之间连接有稳压二极管DZ1，双栅极场效应管Q1的源极连接到公共接地端。
本锂电池短路保护电路的工作原理如下：首先设置当电流超过110A时认为负载短路，此时双栅极场效应管Q1的源极按最小内阻计算为110A*2.6mΩ＝286Mv，按最大内阻计算为110A*3.7mΩ＝407Mv，取中间值350mv，因此设置控制芯片MCU的A/D端采样到350mv以上时长5ms以上就检测到高电位，关闭双栅极场效应管Q1，工作时在电池芯组3不工作时控制芯片MCU处于休眠状态，这时双栅极场效应管Q1关闭，内阻无穷大，当电池芯组3启动工作时(相当于在CHR+端和CHR-端之间加载)，由于双栅极场效应管Q1关闭，双栅极场效应管Q1的源极电压等于电池芯组3电压，当电路出现负载短路时，此时控制芯片MCU的A/D端检测到高电位，控制芯片MCU被唤醒，并通过RC2端打开双栅极场效应管Q1开始放电以达到短路保护的目的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。

Claims (6)

1.一种锂电池短路保护电路，其特征在于，包括多个串联接一起的电池芯组(3)、双栅极场效应管Q1、检测单元(1)以及输出调整单元(2)，所述的电池芯组(3)的正极端与检测单元(1)连接，电池芯组(3)的负极端与输出调整单元(2)连接，双栅极场效应管Q1连接在检测单元(1)以及输出调整单元(2)之间，所述的检测单元(1)包括控制芯片MCU、电容C1、电阻R1、稳压二极管DZ3以及电阻R2，所述的电容C1、电阻R1以及稳压二极管DZ3三者相互并联后的一端与电阻R2串联连接，另一端与控制芯片MCU的A/D端连接，所述电阻R2的一端与双栅极场效应管Q1的漏极连接，所述的电容C1的一端连接到公共接地端；所述的电阻R2的另一端与电池芯组(3)之间连接有单向二极管D1，在单向二极管D1的两端分别为CHR+端和CHR-端；
所述短路保护电路按以下方法进行控制保护：在电池芯组(3)不工作时控制芯片MCU处于休眠状态，这时双栅极场效应管Q1关闭，内阻无穷大，当电池芯组(3)启动工作时，相当于在CHR+端和CHR-端之间加载，由于双栅极场效应管Q1关闭，双栅极场效应管Q1的源极电压等于电池芯组(3)电压，当电路出现负载短路时，此时控制芯片MCU的A/D端检测到高电位，控制芯片MCU被唤醒，并通过RC2端打开双栅极场效应管Q1开始放电。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池短路保护电路，其特征在于，所述的电容C1的电容值为0.01uf，所述的电阻R1的电阻值为38KΩ，所述的电阻R2的电阻值为10KΩ。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂电池短路保护电路，其特征在于，所述的输出调整单元(2)包括通过控制芯片MCU控制的RC2端、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q2以及三极管Q3，所述的电阻R4和电阻R5串联连接后与电阻R3并联连接，电阻R3和电阻R4共同连接到D+端，三极管Q3的基极与电阻R5连接，三极管Q3的发射极与电阻R3连接，三极管Q3的集电极分别与电阻R7和双栅极场效应管Q1的栅极连接，所述的RC2端与电阻R6的一端串联连接，电阻R6的另一端与三极管Q2的基极连接，所述的三极管Q2的集电极连接在电阻R4和电阻R5之间，三极管Q2的发射极分别连接到电阻R7和电池芯组(3)的负极端。
4.根据权利要求3所述的一种锂电池短路保护电路，其特征在于，所述的电阻R7上还并联设置有稳压二极管DZ2，所述的稳压二极管DZ2的一端连接在双栅极场效应管Q1的栅极与三极管Q3的集电极之间，另一端连接在三极管Q2的发射极和电池芯组(3)的负极端之间。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池短路保护电路，其特征在于，所述的电阻R3的电阻值为2KΩ，电阻R4的电阻值为1MΩ，电阻R5的电阻值为100KΩ，电阻R6的电阻值为100KΩ，电阻R7的电阻值为68KΩ。
6.根据权利要求5所述的一种锂电池短路保护电路，其特征在于，所述的双栅极场效应管Q1的源极和漏极之间连接有稳压二极管DZ1，所述的双栅极场效应管Q1的源极连接到公共接地端，所述的双栅极场效应管Q1的内阻为2.6-3.7mΩ。
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