CN1135111A

CN1135111A - 电池充放电转换的保护电路

Info

Publication number: CN1135111A
Application number: CN 95104146
Authority: CN
Inventors: 吴润博
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-02
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 1996-11-06

Abstract

本发明涉及一种在电池充、放电时保护切换开关的电路，无转换电弧、火花等。由微处理器控制电路、时序控制电路、定电流控制电路、电池充放电回路和整形滤波电路组成。微处理器控制电路向时序控制电路输出第一、第二时序脉冲，时序控制电路向定电流控制电路输出停止信号和向电池充放电电路输出充电信号或放电信号。电池充放电电路在充电或放电信号控制下作充、放电转换前，回路已受停止信号作用被切断，因此切换时回路无电流。

Description

电池充放电转换的保护电路

本发明涉及一种保护电路，更确切地说是涉及一种在电池充、放电转换时保护切换开关的电路，使切换开关会产生电弧、电晕、火花、瞬间过压、瞬间过流等。

一般的电池充放电装置，在充电开始或放电结束的切换瞬间会产生电弧、电晕、火花、瞬间过压过流等，而损坏切换开关甚至损坏其他电路元件。

本发明的目的是设计一种电池充放电转换的保护电路，在作电池充、放电切换时，不会产生电弧、电晕、火花、瞬间过压、瞬间过流等，保护切换开关及其他电子元件。

本发明电池充放电转换保护电路，包括向保护电路提供直流工作电压的整流滤波电路，对电池组作充电或放电的电池充放电回路，输出第一时序脉冲和第二时序脉冲、控制电池充放电回路作充电或放电的微处理器控制电路，其特征在于：还包括位于微处理器控制电路输出与充放电回路控制端间的时序控制电路和定电流控制电路；所述的时序控制电路接收微处理器控制电路输出的第一时序脉冲和第二时序脉冲，延迟后向电池充放电回路输出充电信号或放电信号，并在定时时间内向定电流控制电路输出用于切断电池充放电回路电流的停止电流信号；所述的充电信号时间或放电信号时间处于停止电流信号时间内；所述的定电流控制电路输出控制电池充放电回路通断并在电池充电或放电时设定充电电流或放电电流。

所述的电池充放电回路由晶体三极管、定电流电阻、第一充电开关、第二充电开关、第三放电开关和第四放电开关构成，第一充电开关的公共端接所述的整流滤波电路输出，第一充电开关常开端连接三极管集电极和第四放电开关公共端，三极管基极接所述定电流控制电路输出端，三极管发射极接定电流电阻一端，定电流电阻另一端及第二充电开关常开端、第三放电开关常开端接地，第四放电开关常开端及第二充电开关公共端接电池组正端，第三放电开关公共端接电池组负端，第一、第二充电开关控制端接所述时序控制电路的充电信号输出端，第三、第四放电开关控制端接所述时序控制电路的放电信号输出端。

所述的定电流控制电路由放大器、可变电阻和充放电切换开关构成，可变电阻两端分别连接电源端和地端，可变电阻调节端连接放大器输入端和充放电切换开关公共端，充放电切换开关常开端接地，放大器输出端连接电池充放电回路，充放电切换开关控制端接所述时序控制电路的停止电流信号输出端。

所述的时序控制电路包括对所述第一时序脉冲信号及第二时序脉冲信号作比较输出的逻辑电路，与逻辑电路一路输出连接的第一积分电路和第一延迟电路，与逻辑电路另一路输出连接的第二积分电路和第二延迟电路，与第一积分电路输出连接的第一缓冲器，与第二积分电路输出连接的第二缓冲器，与第一延迟电路及第二延迟电路输出连接的或门，逻辑电路一路输出与第二延迟电路输入间接有第二反相器，逻辑电路另一路输出与第一延迟电路输入间接有第一反相器，第一缓冲器输出充电信号，第二缓冲器输出放电信号，或门输出停止电流信号。

所述的第一、第二延迟电路是由时基集成电路构成的单稳态电路。

所述的逻辑电路由异或门、第一与门和第二与门构成，所述的第一时序脉冲信号接异或门及第一与门的一输入端，所述的第二时序脉冲信号接异或门及第二与门的一输入端，异或门输出并接第一、第二与门的另一输入端，第一与门及第二与门分别输出逻辑比较信号。

所述的充电开关、放电开关是继电器开关。

所述的充放电切换开关是继电器开关。

微处理器控制电路输出第一时序脉冲及第二时序脉冲，通过时序控制电路分别输出停止电流信号及充电信号或放电信号，电池充放电电路在接收到充电信号或放电信号并在停止电流信号结束后接收定电流控制电路的驱动时，电池充放电电路对电池组作充电或放电。在电池充放电电路作充、放电转换前，均由停止电流信号通过定电流控制电路在延迟时间内切断回路电流，因此充、放电转换时开关无电弧、电晕、火花等，实现了保护目的。

下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术

图1、本发明保护电路方框原理图

图2、是图1中功能框3、4的实施电路图

图3、电池组充电状态电路图

图4、电池组放电状态电路图

图5、时序控制电路工作波形图

参见图1、电池充放电转换的保护电路主要包括整流滤波电路1、电池充放电回路2、定电流控制电路3、时序控制电路4及微处理器控制电路5。

参见图2，整流滤波电路1包括变压器12、桥式整流器13及滤波电容14。变压器12的输入端通过开关10与交流电源11连接，滤波电容14输出接电池充放电回路2的输入端。当开关10切换在导通状态时，整流滤波电路1作降压、整流、滤波而输出一稳定的直流电压，向充放电回路2、定电流控制电路3及时序控制电路4等提供工作电压。

充放电回路由晶体三极管22，定电流电阻23、第一充电切换开关24、第二充电切换开关25、第三放电切换开关26、第四放电切换开关27及充放电电池组21构成(图中开关24、25、26、27的控制端分别标记为44、44、49、49，示于图中虚线框51中，分别为时序控制电路的充电信号、放电信号输出端)。

晶体管22的基极连接定电流控制电路3的输出端。充放电回路2受时序控制电路4输出的时序脉冲信号及受定电流控制电路3的驱动控制，以选择对电池组21作充电或放电操作。当开关24、25保持在导通状态，而开关26、27保持在闭路状态时，在定电流控制电路3的驱动下，晶体管22处于导通状态，充放电回路2形成充电回路，对电池组21充电，如图3回路所示；当充放电回路2受定电流控制电路3的驱动，同时开关24、25保持开路而开关26、27保持导通时，充放电回路2形成放电回路，如图4回路所示。

定电流控制电路3由放大器31、可变电阻33及充放电切换开关35等构成，充放电切换开关35与时序控制电路4的输出端45连接。定电流控制电路3的充放电切换开关35受时序控制电路4输出的时序脉冲信号控制，通过调整可变电阻33来设定充电或放电电流的大小，并控制充放电回路中晶体管22导通与截止。

时序控制电路4由互斥电路50、单触发延迟电路60和积分电路51构成。图中41、42、43、44分别为充电信号端，45为停止电流信号端，46、47、48为放电信号端，67为或门。

互斥电路50两输入端41、46与微处理器控制电路5连接，用于接收微处理器控制电路5输出的时序脉冲信号，并经处理后输送给积分电路51及单触发延迟电路和60。

积分电路51由电阻52、54、57、59，电容53、58，二极管55、56和缓冲器76、77构成。积分电路两输入端42、47与互斥电路50的输出端连接，积分电路两输出端44、49则分别与充放电回路2的切换开关24、25、26、27的控制端连接，积分电路51接收互斥电路50的输出信号，并对所选择的信号进行积分、延迟，用于控制充放电回路2的开关24、25、26、27。

单触发延迟电路60由集成时基片65、73，电阻62、64、66、70、72、74，电容63、68、71、75，反相器61、69构成。延迟电路60的输入端与互斥电路50的输出端连接，延迟电路60的输出经或门67与定电流控制电路3的充放电切换开关35的控制端连接。延迟电路60接收互斥电路50输出的触发信号并延时，停止电流信号45控制充放电切换开关35的动作。同时参见图2、图5，在时间t1时，时序控制电路4的两输入端41、46接收微处理器控制电路5的输出信号，时序控制电路4中的停止电流信号45立即控制定电流控制电路3的开关35，使晶体管22处于断路状态，经Δt1时间后时序控制电路4的充电信号44便接通开关24、25，达到时间t2时，在各接点无电流流过的情况下完成切换动作，可避免产生电弧、电晕、火花、瞬间过压过流等，保护切换开关。

在时间t1时，充电信号端41接收到一高电平信号，而放电信号端46则接收一低电平信号，表示在时间t1时应开始充电，两信号同时输入互斥电路50，使充电信号42为高电平，而放电信号47为低电平，42的高平信号经积分电路后于t2时充电信号43达到1/2VCC电平，再经缓冲器76输出，使充电信号44由低电平变为高电平，时间由t1至t2延迟了Δt1。

时间t1时，充电信号41、42为高电平，时基片73输出高电平信号。该高电平的持续时间为Δt5(从t1至t3)，由电阻74、电容75决定Δt5的大小。或门67输出该高电平停止电流信号，由于Δt5大于Δt1，确保充电信号44所控制的切换开关24、25可在负载无电流通过的状态下作切换。

t3时间时，Δt5结束，停止电流信号45由高电平变为低电平，晶体管22开始导通，充放电回路2开始对电池21充电，充电电流大小受定电流控制电路3中电阻33、运放器31的控制，以一定电流对电池组21充电以保护充电电路。

时间t4时，放电信号端46接收到高电平信号，而充电信号端41仍为高电平信号，两信号输入互斥电路50时，互斥电路输出的充电信号42由高电平变为低电平，而放电信号47仍为低电平，其中充电信号42由高变为低时触发时基片65，使停止电流信号端45控制晶体管22截止，以切断充电回路停止向负载供电，经时间Δt2后，在t5时间时，充电信号44在Δt5时间内由高变为低，Δt2的大小由电阻、电容52、53、54、55的大小决定，使在无负载电流的情况下切断开关24、25。

充电信号41在t7时由高为低，经积分电路后，放电信号端48在时间t7到9间形成由低至高的积分信号，在此期间只要48上的电位达到1/2VCC，便触发缓冲器77，使放电信号49由低变为高。在放电信号47与放电倍号49间形成Δt3延迟，该延时由电阻59，电容58决定，同时在t7时，放电信号47由低变为高，时基片65输出一脉冲时间为Δt7的信号，经或门67后，停止电流信号端45亦相应输出一时间为Δt7的信号，控制晶体管22断路切断负载电流，在时间t8时放电信号49由低变为高，使放电开关25、27在无负载电流流通的情况下接通放电回路，达到保护开关的目的。

时间t9时Δt7结束，停止电流45由高变为低，晶体管22导通放电回路，电池组21开始放电，放电电流同样受定电流控制电路3中放大器31及电阻33的控制，即以一定电流进行放电。

时间t10时，放电信号46由高变为低希望结束放电，放电信号47亦由高变为低，放电信号48受由二极管55、电阻57、59，电容58所构成的电路的控制，当放电电压小于1/2VCC时，放电信号48于时间t11时由高变成低，使放电开关25、27脱开，由于t10时放电信号47由高变为低，而引发时基片73产生宽度为Δt8的脉冲，经或门67，停止信号45输出宽度为Δt8的脉冲，脉冲宽度由电阻74、电容75的大小决定，停止信号45控制切换开关35使晶体管22在时间t10至t12内截止，而放电开关26、27在t11时间时呈断路状态，结束放电也是在无负载电流的状态下进行切换的，最后在时间t12时停止电流45又使晶体管恢复导通状态。

综上所述，当开关35为关闭状态时，晶体管22导通，其集射极间流过充电或放电电流；当开关35为导通状态时，晶体管22截止，则无充电或放电电流通过。本发明在充放电回路中无电流通过时通过时序电路4控制设于充放电回路2中的继电器开关24、25、26、27的转换，达到控制充放电转换的目的，因此开关24、25、26、27在切换过程中不会产生电弧等。

继电器开关24、25、26、27及35均受时序控制电路4控制。当充电信号41为高、放电信号46为低时，充电信号42为高、放电信号47为低，同时停止信号输出为高，开关35呈导通状态，经延迟一定时间Δt1后充电信号端43的电平升高并达到可驱动继电器开关24、25导通的值，而停止信号45也因时基片73的作用，在信号42作用Δt5时间后自动转成低电平，恢复晶体管22的导通状态，开始充电。

同理，当充电信号41为低，而放电信号45为高时，放电信号端47为高，充电信号端42为低，同时停止信号45输出高电位，切断充放电回路2，经延迟Δt3后放电信号端49才输出足以驱动开关26、27导通的信号电平，而停止信号45又在延迟Δt7时间后自动转为低电平，恢复充放电回路2中晶体管的导通状态，开始放电。

而当充电信号41与放电信号46同为高或同为低时，42、47端输出则同为低或同为高，同时，停止信号端45输出高电平控制晶体管22截止切断充放电回路2并经延迟Δt6或Δt8后自动转为低电平，恢复晶体管22的导通状态，而充电信号44或放电信号49将同积分电路51的作用，在41、46端有信号输入的Δt2或Δt4时间后转变为低电平状态，使继电器开关24、25或26、27转为截止状态。

因此，只要充放电电路2中的继电器开关24、25或25、27作工作状态转换时，控制晶体管22为截止状态的继电器开关35必定处于导通状态，使开关24、25、26、27接点上无电流通过，达到保护切换开关的目的。

Claims

1、一种电池充放电转换保护电路，包括向保护电路提供直流工作电压的整流滤波电路，对电池组作充电或放电的电池充放电回路，输出第一时序脉冲和第二时序脉冲、控制电池充放电回路作充电或放电的微处理器控制电路，其特征在于：还包括位于微处理器控制电路输出与充放电回路控制端间的时序控制电路和定电流控制电路；所述的时序控制电路接收微处理器控制电路输出的第一时序脉冲和第二时序脉冲，延迟后向电池充放电回路输出充电信号或放电信号，并在定时时间内向定电流控制电路输出用于切断电池充放电回路电流的停止电流信号；所述的充电信号时间或放电信号时间处于停止电流信号时间内；所述的定电流控制电路输出控制电池充放电回路通断并在电池充电或放电时设定充电电流或放电电流。

2、根据权利要求1所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的电池充放电回路由晶体三极管、定电流电阻、第一充电开关、第二充电开关、第三放电开关和第四放电开关构成，第一充电开关的公共端接所述的整流滤波电路输出，第一充电开关常开端连接三极管集电极和第四放电开关公共端，三极管基极接所述定电流控制电路输出端，三极管发射极接定电流电阻一端，定电流电阻另一端及第二充电开关常开端、第三放电开关常开端接地，第四放电开关常开端及第二充电开关公共端接电池组正端，第三放电开关公共端接电池组负端，第一、第二充电开关控制端接所述的时序控制电路的充电信号输出端，第三、第四放电开关控制端接所述时序控制电路的放电信号输出端。

3、根据权利要求1所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的定电流控制电路由放大器、可变电阻和充放电切换开关构成，可变电阻两端分别连接电源端和地端，可变电阻调节端连接放大器输入端和充放电切换开关公共端，充放电切换开关常开端接地，放大器输出端连接电池充放电回路，充放电切换开关控制端接所述时序控制电路的停止电流信号输出端。

4、根据权利要求1所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的时序控制电路包括对所述第一时序脉冲信号及第二时序脉冲信号作比较输出的逻辑电路，与逻辑电路一路输出连接的第一积分电路和第一延迟电路，与逻辑电路另一路输出连接的第二积分电路和第二延迟电路，与第一积分电路输出连接的第一缓冲器，与第二积分电路输出连接的第二缓冲器，与第一延迟电路及第二延迟电路输出连接的或门，逻辑电路一路输出与第二延迟电路输入间接有第二反相器，逻辑电路另一路输出与第一延迟电路输入间接有第一反相器，第一缓冲器输出充电信号，第二缓冲器输出放电信号，或门输出停止电流信号。

5、根据权利要求4所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的第一、第二延迟电路是由时基集成电路构成的单稳态电路。

6、根据权利要求4所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的逻辑电路由异或门、第一与门和第二与门构成，所述的第一时序脉冲信号接异或门及第一与门的一输入端，所述的第二时序脉冲信号接异或门及第二与门的一输入端，异或门输出并接第一、第二与门的另一输入端，第一与门及第二与门分别输出逻辑比较信号。

7、根据权利要求2所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的充电开关、放电开关是继电器开关。

8、根据权利要求3所述的电池充放电转换的保护电路，其特征在于：所述的充放电切换开关是继电器开关。