CN114520532B - 一种防倒灌电流的充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防倒灌电流的充电器，包括电能变换电路和保护电路，所述保护电路包括第一开关、第二开关和比较器，所述第一开关串联与所述电能变换电路的输出端，所述比较器的输入端检测所述第一开关中流过的电流，所述比较器的输出端与所述第二开关的控制端连接，当所述电流方向变反时，所述比较器控制所述第二开关闭合，所述第二开关将所述第一开关的栅源极短接，所述第一开关关断。本发明提供的防倒灌电流开关电路能够快速响应、迅速关断充电器输出端的开关，切断倒灌电流流向充电器的路径，并限制倒灌电流的大小在可接受的范围内。

Description

一种防倒灌电流的充电器
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及一种防倒灌电流的充电器。
背景技术
在锂电池充电器中，为了保证可靠充电并保护锂电池，通常会在充电器输出端加开关来做保护，而开关的控制常常是通过MCU来实现，MCU检测到故障状态后，就会去关闭开关。然而，当锂电池在充电时，如果充电器发生了短路，从MCU检测到故障状态至关闭开关会经过ms级延时后才能断开充电器与锂电池的连接，从而使锂电池也处于ms级短路状态，此时锂电池有非常大的电流倒灌到充电器中，对锂电池造成损伤，从而影响其寿命。
发明内容
本发明提供了一种防倒灌电流的充电器，能够快速响应、迅速关断充电器输出端的开关，切断倒灌电流流向充电器的路径，并限制倒灌电流的大小在可接受的范围内。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种防倒灌电流的充电器，包括电能变换电路，所述电能变换电路进行电能变换，还包括保护电路，所述保护电路包括第一开关、比较器和第二开关，所述第一开关串联于所述电能变换电路的输出端，所述第二开关并联于所述第一开关的栅源极之间，所述比较器检测所述第一开关中流过的电流方向，当所述电流方向为倒灌电流方向时，所述比较器控制所述第二开关闭合，所述第一开关关断。
在一些实施例中，所述比较器第一输入端与所述第一开关的漏极连接，所述比较器的供电负端与所述第一开关的源极连接，所述比较器的第二输入端与参考电压连接。
在一些实施例中，所述保护电路还包括采样电阻，所述采样电阻与所述第一开关串联，所述比较器第一输入端经过所述采样电阻后与所述比较器的供电负端连接。
在一些实施例中，所述比较器第一输入端经过所述采样电阻和所述第一开关后与所述比较器的供电负端连接。
在一些实施例中，所述保护电路还包括第三开关，所述第三开关与所述第一开关反向串联，所述第一开关与所述第一开关的栅极并联。
在一些实施例中，所述电能变换电路包括全桥整流模块和直直变换模块，所述全桥整流模块和直直变换模块串联，所述直直变换模块包括一反激变换单元，所述直直变换模块包括变压器，所述变压器的原边绕组与第四开关串联后与所述全桥整流模块的输出端并联，所述变压器的副边绕组与第一输出整流滤波单元并联，第一输出整流滤波单元的输出端与所述保护电路中的第一开关和第三开关串联后与电池输入端并联
在一些实施例中，变压器还包括辅助绕组，所述辅助绕组经过第二整流滤波单元输出辅助电压，所述辅助电压为所述保护电路供电。
在一些实施例中，所述辅助电压正极与所述比较器的供电正极连接，所述辅助电压的负极与所述比较器的供电负极连接，所述比较器的供电正极与负极之间并联同向串联的第一二极管和第二二极管。
在一些实施例中，所述保护电路还包括一屏蔽单元，所述屏蔽单元在第一和第三开关刚导通的一小段时间内控制所述第二开关关断。
本发明提供的一种防倒灌电流开关电路及充电器，在电池充电时，当电池端有倒灌电流流向充电器时，通过防倒灌电流开关电路快速响应、迅速关断充电器输出端的开关，切断倒灌电流流向充电器的路径，并限制倒灌电流的大小在可接受的范围内。
附图说明
图1为本发明提供的充电器的第一实施例示意图。
图2为本发明提供的充电器的第二实施例示意图。
图3为本发明提供的充电器的第三实施例示意图。
图4为本发明提供的充电器的第四实施例示意图。
图5为本发明提供的充电器的第五实施例示意图。
附图标记说明：
10,20,30,40,50-保护电路，101-开关模块，102-开关保护模块；
11,21,31,41,51-电能变换电路，
12,23,33,43,53-电池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。另外，凡可能之处，在图示及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
如图1所示，本发明的充电器包括电能变换电路11和保护电路10，所述电能变换电路11的输出端与所述保护电路10串联后与电池12并联，所述保护电路10包括开关S1，所述开关S1与所述电能变换电路11的输出端串联，所述电能变换电路11向所述电池12充电时，所述开关S1导通，当所述电池12输出倒灌电流时所述开关S1关断。所述保护电路10还包括比较器U1，所述比较器U1采样所述电能变换电路11输出端的电流Io，电流Io从电池12流向电能变换电路11时，所述比较器U1输出高电平至开关S3的控制端，开关S3导通，所述开关S3并联与所述开关S1的栅源极之间，开关S3导通，开关S1可靠关断，切断所述电池12与所述电能变换电路11之间的连接。如图1所示，所述比较器U1的正向输入端与所述开关S1的一端连接，所述比较器U1的反向输入端接受参考电压Vref，参考电压Vref以开关S1的源极端的电压为参考地，所述比较器的供电负端与端子P1连接。一实施例中，参考图5，参考电压Vref绕组N2经过整流滤波和线性稳压后得到。比较器U1实时采集端子P2的电压，端子P2的电压是以端子P1的电压为参考地，也即开关S1的漏源极之间的电压Vb＝Io*Rds，其中，Io为从端P1流向端P2的充电电流，Rds为开关S1的导通电阻，电压Ub为负，比较器U1输出低电平，开关S3关断；当电流Io由端P2流向端P1时，电压Ub为正，比较器U1输出高电平，开关S3导通。
如图1所示电能变换电路11的输出端经过电容C3与电池12并联。
所述保护电路10还包括电阻R1，所述电阻R1并联于所述开关S1的栅源极之间，用于开关S1的栅源极之间放电，并降低栅源极之间阻抗，以免误开通。
所述保护电路10还包括二极管D1，所述二极管D1与所述比较器U1的输出端串联，所述比较器U1输出高电平时，所述二极管D1导通，并向电容C1充电，电容C1的电压达到开关S3的驱动导通电压时，开关S3导通，电容C1并联与所述开关S3的栅源极之间，电阻R3与电容C1并联，二极管D1断开时，所述电容C1通电阻R3放电。
在图1所示的实施例中，利用开关S1导通电阻作为倒灌电流的检测电阻，请再参考图2，与图1所示实施例不同的是，电阻Rs与开关S1串联，所述比较器U1检测开关S1和电阻Rs两端的电压，也即Ub＝Io*(Rds+Rs)，从而提高电路的控制精度。
请再参考图4，与图1所示实施例不同的是，所述比较器U1检测电阻Rs两端的电压，也即Ub＝Io*Rs。
如图3所示实施例，该实施例中，开关S1和开关S2串联，电能变换电路31向电池32充电时开关S1和开关S2同时导通。开关S1防止电池电流倒灌进入电能变换电路输出，开关S2防止电池接反后电能变换电路仍然向电池充电。
本发明中，图1倒灌电流Idg可以通过如下表达式(1)进行表达，图2和图3倒灌电流Idg可以通过如下表达式(2)进行表达，通过设置合适的Vref，就可以限制倒灌电流Idg的值。
Idg＝Vref/Rds (1)
Idg＝Vref/(Rds+Rs) (2)
本发明提供的保护电路10、20、30和40允许电流Io由端P4流向端P2，当电流Io由端P2流向端P4时，即产生了倒灌电流，允许小于倒灌电流Idg的电流通过，当电流Io为倒灌电流且大于Idg时，保护电路10、20、30和40会快速控制开关S1和S2截止。本发明提供的保护电路不局限于图1、2、3和4所示的电路结构，任何与图1、2、3和4所示的电路结构相似或工作原理相似的都在本发明的保护范围内，如将本发明中的开关S1、S2、S3替换成其他的开关而使得电路结构进行相应的变换，或将比较器U1的正、负端信号进行交换而将其他开关或电路进行相应的替换，其基本工作原理仍与本发明的相似。
如图5所示，本发明提供了一种充电器，电能变换电路51包括全桥整流模块511和直直变换模块512，所述全桥整流模块511和直直变换模块512串联。所述全桥整流模块511包括二极管D4-D7，直直变换模块512包括一反激变换单元，所述直直变换模块512包括变压器T1，所述变压器T1的原边绕组与开关S4串联后与所述全桥整流模块511的输出端并联，所述变压器T1的副边绕组N1与输出整流滤波单元5121并联，输出整流滤波单元5121的输出端与保护电路50中的开关S1和开关S2串联后与电池52输入端并联，其中，开关S1和开关S2反向串联。变压器T1还包括辅助绕组N2，所述辅助绕组N2经过整流滤波单元5122输出辅助电压Vs，所述辅助电压Vs为所述保护电路50供电。
当需要为电池52充电时，MCU控制模块5021先对充电器进行检测是否有故障发生，如检测输出电容C3是否发生短路等，若无任何故障，MCU控制模块5021向光耦U2输出一高电平，控制开关S1、S2导通，充电器向电池52输入的电流由端P4流向端P2。比较器U1检测到开关S1漏源极之间的电压为负值，所述比较器U1输出低电平，所述开关S3关断。若发生故障，避免电池42产生倒灌电流，首先比较器U1检测到开关S1漏源极之间的电压为正，比较器U1输出高电平，开关S3闭合，将开关S1的栅源极短路，开关S1可靠关断，其次MCU控制模块5021检测到故障后经过运算输出低电平，同样控制开关S1和开关S2关断。
辅助电源模块4122输出正极与所述比较器U1的供电正极连接，所述辅助电源模块4122的输出负极与所述比较器U1的供电负极连接，所述比较器U1的供电正极与负极之间并联同向串联的二极管D2和D3，所述比较器U1的正向输入端经过电阻R2去检测倒灌电流。所述比较器U1的输出端与其供电正极之间并联电阻R4，电阻R4作为上拉电阻。所述辅助电源模块5122的输出正极与光耦U2的输出侧的一端连接，输出侧的另一端与开关S1和S2的栅极连接，所述光耦U2的输入侧与MCU控制模块的输出端连接。所述辅助电源模块5122的输出负极与所述开关S1和S2的串联中点连接。
我们还可以在开关S3的栅极连接一屏蔽单元5011，包括电容C5、开关S5和电阻R5，电容C5一端与光耦U2的输出端连接，另一端与开关S5的栅极连接，电阻R7并联与开关S5的栅源极之间，当需要为电池52充电时，光耦U2输出高电平，驱动开关S1、S2导通，光耦U2输出高电平的一小段时间内电容C5中流过电流，电阻R7上产生压降，使开关S5导通，由于光耦U2输出的是直流电，一小段时间后，电容C5的隔直作用，流过电阻R7的电流为零，于是开关S5关断，于是开关S1导通的一小段时间内，屏蔽单元5011工作，将开关S3的栅极电压拉低一小段时间，控制开关S3截止，以免误关断开关S1、S2，一小段时间后，屏蔽单元5011停止工作。
本发明提供的一种防倒灌电流开关电路及充电器，在电池充电时，当电池端有倒灌电流流向充电器时，通过防倒灌电流开关电路快速响应、迅速关断充电器输出端的开关，切断倒灌电流流向充电器的路径，并限制倒灌电流的大小在可接受的范围内。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种防倒灌电流的充电器，包括电能变换电路，所述电能变换电路进行电能变换，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路包括第一开关、比较器和第二开关，所述第一开关串联于所述电能变换电路的输出端，所述第二开关并联于所述第一开关的栅源极之间，所述比较器检测所述第一开关中流过的电流方向，当所述电流方向为倒灌电流方向时，所述比较器控制所述第二开关闭合，所述第一开关关断；所述比较器第一输入端与所述第一开关的漏极连接，所述比较器的供电负端与所述第一开关的源极连接，所述比较器的第二输入端与参考电压连接。
2.根据权利要求1所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，所述保护电路还包括采样电阻，所述采样电阻与所述第一开关串联，所述比较器第一输入端经过所述采样电阻后与所述比较器的供电负端连接。
3.根据权利要求2所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，所述比较器第一输入端经过所述采样电阻和所述第一开关后与所述比较器的供电负端连接。
4.根据权利要求3所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，所述保护电路还包括第三开关，所述第三开关与所述第一开关反向串联，所述第一开关与所述第一开关的栅极并联。
5.根据权利要求1所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，所述电能变换电路包括全桥整流模块和直直变换模块，所述全桥整流模块和直直变换模块串联，所述直直变换模块包括一反激变换单元，所述直直变换模块包括变压器，所述变压器的原边绕组与第四开关串联后与所述全桥整流模块的输出端并联，所述变压器的副边绕组与第一输出整流滤波单元并联，第一输出整流滤波单元的输出端与所述保护电路中的第一开关和第三开关串联后与电池输入端并联。
6.根据权利要求5所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，变压器还包括辅助绕组，所述辅助绕组经过第二整流滤波单元输出辅助电压，所述辅助电压为所述保护电路供电。
7.根据权利要求6所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，所述辅助电压正极与所述比较器的供电正极连接，所述辅助电压的负极与所述比较器的供电负极连接，所述比较器的供电正极与负极之间并联同向串联的第一二极管和第二二极管。
8.根据权利要求7所述的一种防倒灌电流的充电器，其特征在于，所述保护电路还包括一屏蔽单元，所述屏蔽单元在第一和第三开关刚导通的一小段时间内控制所述第二开关关断。
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