CN115566764A - 一种低自耗电池组供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低自耗电池组供电电路，属于多电源低自耗供电电路技术领域；包括输出单元JOUT和并联连接的至少两个单电池模块，所述单电池模块包括电池BAT、比较器U和MOS管Q，其中，MOS管Q为P型管，所述比较器U的反相端和MOS管Q的漏极均与电池BAT的正极电连接，所述电池BAT的负极、比较器U的接地端和输出单元JOUT均接地，所述比较器U的电源端接电源，同相端与所有单电池模块的MOS管Q的源极电连接，输出端与MOS管Q的栅极电连接，各单电池模块的MOS管Q的源极均与输出单元JOUT电连接；本发明电路结构简单，能有效降低供电电路的自身功耗，各电源之间隔离效果和电路输出路径控制效果优异。

Description

一种低自耗电池组供电电路

技术领域

本发明公开了一种低自耗电池组供电电路，涉及采用干电池、可充电电池、锂亚电池和通用电池等供电的供电设备的供电路径控制低自耗电路，特别涉及用于超声波流量计的锂亚电池的供电路径控制，降低电池并联时的损耗以及低压降的控制电路及方法，属于多电源供电电路技术领域。

背景技术

无论是干电池还是锂亚电池一类一次性电池，需要并联使用一般都不采用直接并联的方法。这是由于所并联的电池的等特性不可能完全一样，各电池的电压不同，内阻有差异，并联后会互相放电，消耗电池的电能，更有甚者会导致电池***，存在安全隐患。

在使用电池并联的时候，大多采用隔离的方法，如图1所示采用二极管隔离的方法，D1、D2将B1、B2隔离，放电时电压高的优先放电，电压相同时同时放电。B1、B2只作输出，不作输入，防止互放电以及避免***。特别是锂亚电池，当有电流流入时，存在***的危险。分体锂亚电池不允许直接并联，不允许充电，并联使用时必须隔离输出。

在一些场合可以简单地用二极管隔离。用二极管隔离的方法虽然简单，但它却存在弊端，额外增加耗电，产生压降。二极管在导通的时候会有管压降，对于硅二极管会有0.6-0.7V的压降，对于锗二极管也有0.2V左右的管压降。

在电流较大时，二极管上消耗的电能也是不可忽视的，如有2A电流流过二极管时，会在它上面有2A*0.2V＝0.4W的电能消耗。消耗电能只是一个方面，在超声波流量计里大多采用3.6V(电池的常用电压)的锂亚电池供电，后续电路芯片大多采用3.3V供电。那么3.6V经过二极管后还有3.6V-0.2V＝3.4V,这个3.6V还要经过稳压电路，还会有一个压降，再加之电池使用时间一长，电压会下降，由此一来，后续电路可能得不到3.3V的电压。超声波流量计的收发等电路如果不给一个非常稳定的电压，就会导致误差，这一点才是问题的关键。所以这种用二极管隔离的方法并不好。

由于普通二极管有管压降，人们总是想用一种方法使得单向导通而管压降又小的“理想二极管”方案，于是就有了一种叫Power Path的电池供电方法。所谓“理想二极管”在这里是指用导通电阻非常小的MOS管，如导通电阻毫欧级的MOS管，在此二极管上的压降将会很小。

有一些成品的Power Path芯片，如ADP195。按图2使用ADP195实验，EN1、EN2已经接到高电平上了，也就是U1、U2都可以输出。先接上电池BAT1，在RL上有输出电压，是BAT1的电压。如果此时接入BAT2，当BAT2电压比BAT1低时，会在U2上形成倒流。当BAT2电压比BAT1高时，U1上电流会倒流。实际上此种电路也无法实现输出路径的控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的多电源供电电路自耗高、隔离效果差和电路输出路径控制效果不好的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低自耗电池组供电电路，包括输出单元JOUT和并联连接的至少两个单电池模块，所述单电池模块包括电池BAT、比较器U和MOS管Q，其中，MOS管Q为P型管，所述比较器U的反相端和MOS管Q的漏极均与电池BAT的正极电连接，所述电池BAT的负极、比较器U的接地端和输出单元JOUT均接地，所述比较器U的电源端接电源，同相端与所有单电池模块的MOS管Q的源极电连接，输出端与MOS管Q的栅极电连接，各单电池模块的MOS管Q的源极均与输出单元JOUT电连接。

进一步，本发明还包括外电源VDD，所述外电源VDD分别与各单电池模块的MOS管Q的源极、比较器U的同相端和输出单元JOUT电连接。

进一步，所述单电池模块还包括平滑电容和限流电阻，所述比较器U的反相端与电池BAT的正极之间、同相端与MOS管Q的源极之间、同相端与外电源VDD之间皆分别电连接有并联连接的平滑电容和限流电阻，所述比较器U的输出端与MOS管Q的栅极之间电连接有限流电阻。

进一步，所述外电源VDD与比较器U同相端上的并联平滑电容和限流电阻之间、外电源VDD与MOS管Q的源极之间、外电源VDD与输出单元JOUT之间电连接有隔离二极管。

更进一步，所述单电池模块还包括上拉电阻，所述上拉电阻一端分别与所述MOS管Q的源极和外电源VDD电连接，另一端分别与所述比较器U的输出端和MOS管Q的栅极电连接。

更进一步，本发明还包括一个极性电容，所述极性电容的正极分别与所有单电池模块的MOS管Q的源极和隔离二极管的负极电连接，所述极性电容的负极接地。

上述MOS管Q的型号为SI2301，比较器U采用型号为SGM8701的采集器。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的供电电路可用于干电池、可充电电池、锂亚电池和通用电池等电池并联使用的供电场景，尤其针对锂亚电池并联使用以供给超声波流量计使用的情形，可以显著降低电池并联时的损耗以及压降，充分隔离各个单电池模块，精准控制供电电路的输出路径。

本发明公开的电路采用低功耗设计以及采用低功耗的比较器电路，自身耗电小。且本发明公开的这种电池组路径控制，不局限于两组电池(即两个电源)的路径控制，可以用于多组电池(即多个电源)的供电路径控制。

除了上述所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术示意图1。

图2为现有技术示意图2。

图3为本发明电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若用到术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在发明的描述中，除非另有说明，若用到术语“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。若用到术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种低自耗电池组供电电路，包括输出单元JOUT和并联连接的至少两个单电池模块，所述单电池模块包括电池BAT、比较器U和MOS管Q，其中，MOS管Q为P型管，所述比较器U的反相端和MOS管Q的漏极均与电池BAT的正极电连接，所述电池BAT的负极、比较器U的接地端和输出单元JOUT均接地，所述比较器U的电源端接电源，同相端与所有单电池模块的MOS管Q的源极电连接，输出端与MOS管Q的栅极电连接，各单电池模块的MOS管Q的源极均与输出单元JOUT电连接。还包括外电源VDD，所述外电源VDD分别与各单电池模块的MOS管Q的源极、比较器U的同相端和输出单元JOUT电连接。

所述单电池模块还包括平滑电容和限流电阻，所述比较器U的反相端与电池BAT的正极之间、同相端与MOS管Q的源极之间、同相端与外电源VDD之间皆分别电连接有并联连接的平滑电容和限流电阻，所述比较器U的输出端与MOS管Q的栅极之间电连接有限流电阻。

所述外电源VDD与比较器U同相端上的并联平滑电容和限流电阻之间、外电源VDD与MOS管Q的源极之间、外电源VDD与输出单元JOUT之间电连接有隔离二极管。

所述单电池模块还包括上拉电阻，所述上拉电阻一端分别与所述MOS管Q的源极和外电源VDD电连接，另一端分别与所述比较器U的输出端和MOS管Q的栅极电连接。

该供电电路还包括一个极性电容，所述极性电容的正极分别与所有单电池模块的MOS管Q的源极和隔离二极管的负极电连接，所述极性电容的负极接地。

实施例1

如图3所示，其为两个单电池模块供电，电池供电电路的组成如下：B1、B2为需要并联使用的电池，U1、U2是比较器，Q1、Q2是用作开关的MOS管。需要注意的是，MOS管Q1、Q2和通常的用法不同，D、S极刚好相反，这里利用了MOS管内的寄生二极管，在画图的时候特意画出来(图3中的D1、D2)。为了便于描述，将MOS管Q1内部的寄生二极管单独画出来，用D1表示，同样的，D2为MOS管Q2的内部寄生二极管。这个电路左、右两部分完全相同，这里只对左半部分说明，右半部分同理不再赘述。

图3所示的电路工作原理：供电电源由两个电池B1、B2以及外电源VDD三路(实际上也可以理解为一组电池)。电池B1、B2电压为标称3.6V的电池，VDD为其它电源，如流量计检定用电源等；U1、U2是比较器。外电源经稳压为VDD＝5V电压，B1、B2、VDD三个电压汇集于JOUT，JOUT接用电设备。分别用A、B、C来表示来自B1、B2、VDD三个电压。当5V的VDD外电压存在时，它高于电池B1、B2(3.6V)的电压，电池B1、B2不输出，原因后叙，此时输出的是外电源稳压后的5V电压。当无外电源VDD时，电压输出就由B1、B2输出，B1、B2哪个电压高哪个输出，电压相等时，B1、B2同时输出。

情形一、当有外电源VDD时，B1、B2不输出，也就是Q1、Q2处于关闭状态，外电源VDD经D3、A点、B点到JOUT输出至用电设备。其原理是：U1的反相端电压为B1的电压，U1的同相端电压为A点电压，由于A(D3采用锗二极管有0.2V左右的管压降，A点电压＝5V-0.2＝4.8V)点电压比B1(3.6V)电压高，U1的同相端比反相端电压高，U1的4脚输出端输出高电平，通过R5使Q1关闭，电池B1电压无法输出，D1反偏，D1上无电流。U2同理使B2无法输出。

情形二、当无外电源VDD时，电压输出就由B1、B2输出，B1、B2哪个电压高哪个输出，电压相等时，B1、B2同时输出。原理如下：通电后，电池B1、B2都有可能从MOS管内的寄生二极管D1、D2输出，当B1、B2电压不同时，较高电压的电池输出；我们假定是B1电压较B2为高。对U2而言，2脚反相端为电池B2的电压，1脚同相端为电池B1的电压，由于B1>B2，U2的同相端大于反相端，U2的4脚输出端输出高电平，通过R12使Q2关闭，致使电池B2不能输出，此时由电池B1输出；同理，B2电压较B1为高时，电池B1不能输出，此时由电池B2输出；当B1、B2电压相等时，由B1、B2同时输出。由于MOS管导通电阻非常小，在毫欧级，因此压降非常小。

在附图3中，电阻R6、R13为上拉电阻，阻值皆为1兆欧。电容C1、C2、C3、C4为0.1uF的小容量电容，起到电压变化时平滑过渡的作用。C5为10uF的滤波电容。R1、R3、R5、R7、R9、R12为限流电阻，其中R1、R3、R7和R9皆为2兆欧的电阻，R5和R12皆为100千欧的电阻，D1、D2和D3皆为1N5819型号的二极管。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处仅在于其为三个单电池模块并联供电。

上面对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种低自耗电池组供电电路，包括输出单元JOUT和并联连接的至少两个单电池模块，其特征在于：所述单电池模块包括电池BAT、比较器U和MOS管Q，其中，MOS管Q为P型管，所述比较器U的反相端和MOS管Q的漏极均与电池BAT的正极电连接，所述电池BAT的负极、比较器U的接地端和输出单元JOUT均接地，所述比较器U的电源端接电源，同相端与所有单电池模块的MOS管Q的源极电连接，输出端与MOS管Q的栅极电连接，各单电池模块的MOS管Q的源极均与输出单元JOUT电连接。

2.根据权利要求1所述的一种低自耗电池组供电电路，其特征在于：还包括外电源VDD，所述外电源VDD分别与各单电池模块的MOS管Q的源极、比较器U的同相端和输出单元JOUT电连接。

3.根据权利要求2所述的一种低自耗电池组供电电路，其特征在于：所述单电池模块还包括平滑电容和限流电阻，所述比较器U的反相端与电池BAT的正极之间、同相端与MOS管Q的源极之间、同相端与外电源VDD之间皆分别电连接有并联连接的平滑电容和限流电阻，所述比较器U的输出端与MOS管Q的栅极之间电连接有限流电阻。

4.根据权利要求3所述的一种低自耗电池组供电电路，其特征在于：所述外电源VDD与比较器U同相端上的并联平滑电容和限流电阻之间、外电源VDD与MOS管Q的源极之间、外电源VDD与输出单元JOUT之间电连接有隔离二极管。

5.根据权利要求4所述的一种低自耗电池组供电电路，其特征在于：所述单电池模块还包括上拉电阻，所述上拉电阻一端分别与所述MOS管Q的源极和外电源VDD电连接，另一端分别与所述比较器U的输出端和MOS管Q的栅极电连接。

6.根据权利要求5所述的一种低自耗电池组供电电路，其特征在于：还包括一个极性电容，所述极性电容的正极分别与所有单电池模块的MOS管Q的源极和隔离二极管的负极电连接，所述极性电容的负极接地。

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