CN115800439B - 一种电池直通保护电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池直通保护电路及其控制方法，包括：直通分支电路、保护分支电路和微控制单元；直通分支电路用于实现电池电压的输出；保护分支电路分别连接直通分支电路和微控制单元，保护分支电路用于结合微控制单元，在直通分支电路输出短路、直通分支电路输出过流或外部电源反灌直通分支电路电压时，保护直通分支电路。本发明电路无升降压芯片，可有效控制及降低成本；电路输出效率可以达到96％，而且损耗低、发热少，更加符合低碳环保的要求；电路输出电流大，能达到10AMax；电路结构简单，稳定性好，维修方便。
Description
技术领域
本专利属于储能电源技术领域，具体涉及一种电池直通保护电路及其控制方法。
背景技术
随着电子产品对便携式要求的提高，采用电池作为供电电源的电子产品越来越多，同时对电池的使用寿命提出了更高的要求，为了延迟电子产品的使用寿命，目前基本是采用可充电电池，比如锂电池，它广泛应用于各种设备的供电，出于安全性考虑，通常配有保护电路，以实现充电电池在使用过程中过充电、过放电、过电流以及过温等保护功能。
目前，市面上有很多储能电源直流输出12V的接口，普遍应用都是通过升降压来控制输出12V电压；同时，升降压芯片因缺货或涨价造成的成品成本过高，也会导致产品缺乏价格竞争力。
因此，需要一种电池直通保护电路及其控制方法。
发明内容
本发明提供了一种电池直通保护电路及其控制方法，该电路不需要升降压芯片，可以直接输出12V，并具备输出过压保护和输出欠压保护；与传统的升降压方式相比，此电路方式成本低，电路简单，稳定性好，无需增加额外的升降压芯片，同时输出电流更大，效率更高，最高可达96％。
一种电池直通保护电路，包括：直通分支电路、保护分支电路和微控制单元；直通分支电路用于实现电池电压的输出；保护分支电路分别连接直通分支电路和微控制单元，保护分支电路用于结合微控制单元，在直通分支电路输出短路、直通分支电路输出过流或外部电源反灌直通分支电路电压时，保护直通分支电路。
进一步地，直通分支电路包括NMOS管Q13、PMOS管Q12、NMOS管Q1和NMOS管Q8，以及电容C261、三极管Q35、二极管D7、电阻R2、电阻R3、电阻R35和电阻R48，以及端口P2和端口P3；电池引脚与三极管Q35连接后，连接电容C261，之后连接PMOS管Q12的源极，PMOS管Q12的漏极连接二极管D7、电阻R35和电阻R48后，与NMOS管Q1和NMOS管Q8连接，NMOS管Q8连接端口P2和端口P3；NMOS管Q1与并联的电阻R2和电阻R3相连；
保护分支电路包括相互连接的第一保护子分支电路、第二保护子分支电路和第三保护子分支电路；第一保护子分支电路连接直通分支电路，第二保护子分支电路连接微控制单元；第一保护子分支电路包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2和电容C3；第二保护子分支电路包括运算放大器U12、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C36和电容C37；第三保护子分支电路包括运算放大器U30、电阻R270、电阻R271、电阻R272、电阻R273、电容C271、电容C272、电容C273、二极管D20、二极管D21和NMOS管Q37。
一种电池直通保护电路控制方法，包括：
S1：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为关闭状态，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S2：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，控制端口P2和端口P3输出电池电压；
S3：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出短路情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U30增大负极电压，在正极输出高电平，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S4：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出过流情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U12将其输出电压增大，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压；
S5：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U1运放增大电压，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压。
进一步地，S1包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，NMOS管Q13处于关闭状态，PMOS管Q12的栅极与电池电压VBAT相同，PMOS管Q12处于关闭状态，NMOS管Q1和NMOS管Q8也处于关闭状态，端口P2和端口P3无输出。
进一步地，S2包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，NMOS管Q13打开，PMOS管Q12的栅极与地面电压短接，电池电压VBAT经过三极管Q35流到PMOS管Q12的源级，PMOS管Q12打开，VBAT流经二极管D7、电阻R35、电阻R48后，作为NMOS管Q1和NMOS管Q8的栅极驱动电压，驱动NMOS管Q1和NMOS管Q8打开，电池电压VBAT从端口P2和端口P3输出。
进一步地，S3包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出短路情况时，增大运算放大器U30的负极电压，当负极电压达到与预设的正极电压一致时，运算放大器U30的正极输出高电平，NMOS管Q37控制直流短路保护端电压与地面电压一致，NMOS管Q13关闭，PMOS管Q12关闭，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
进一步地，S4包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出过流情况时，增大运算放大器U12的正极电压，通过正极预设的分压电阻，使运算放大器U12的输出电压为正极检测电压的85.5倍，运算放大器U12的输出端反相接到微控制单元，利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制使能端直流输出的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
进一步地，S5包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，运算放大器U1的负极电压增大，利用运算放大器U1运放增大101倍电压；利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制I端输出电压的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
进一步地，还包括S6，对保护分支电路进行功能测试，获得保护分支电路异常工作状态预警应对方案；具体步骤为：
S601：将测试直通电路与保护分支电路相连；
S602：通过微控制单元，分别对测试直通电路输出短路、输出过流，以及外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压的情况进行测试，获得测试数据；
S603：基于若干次测试数据，对正常工作状态下的保护分支电路的元器件参数范围进行记录统计，生成元器件参数数据表；
S604：基于元器件参数数据表以及元器件基础参数数据，结合元器件历史常见故障数据，设置保护分支电路的若干个元器件的常态工作阈值、以及异常工作状态预警提示。
进一步地，还包括S7，针对直通电路出现过流和反灌电压的情况，对电路元器件进行风险判定和维护；具体步骤为：
S701：基于预设的传感器件采集直通电路出现过流或反灌电压情况时的第一电压值；
S702：当所述第一电压值小于预设电压值时，获取第一电压值；
S703：基于预设的电压值-元器件损耗影响值匹配模板，根据第一电压值获取对应的元器件损耗影响值；
S704：累加若干个元器件损耗影响值，获得元器件累加损耗影响值，基于预设的元器件累加损耗影响值-元器件风险等级值模板，获取对应的元器件风险等级，根据元器件风险等级按照预设维护策略进行维护。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的电池直通保护电路结构示意图；
图2为本发明的对保护分支电路进行功能测试的方法步骤示意图；
图3为本发明的对电路元器件进行风险判定和维护的方法步骤示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种电池直通保护电路及其控制方法，如图1所示，包括：直通分支电路、保护分支电路和微控制单元；直通分支电路用于实现电池电压的输出；保护分支电路分别连接直通分支电路和微控制单元，保护分支电路用于结合微控制单元，在直通分支电路输出短路、直通分支电路输出过流或外部电源反灌直通分支电路电压时，保护直通分支电路。
上述技术方案的工作原理为：包括：直通分支电路、保护分支电路和微控制单元；直通分支电路用于实现电池电压的输出；保护分支电路分别连接直通分支电路和微控制单元，保护分支电路用于结合微控制单元，在直通分支电路输出短路、直通分支电路输出过流或外部电源反灌直通分支电路电压时，保护直通分支电路。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，该电路不需要升降压芯片，可以直接输出12V，并具备输出过压保护和输出欠压保护；与传统的升降压方式相比，此电路方式成本低，电路简单，稳定性好，无需增加额外的升降压芯片，同时输出电流更大，效率更高，最高可达96％。
在一个实施例中，直通分支电路包括NMOS管Q13、PMOS管Q12、NMOS管Q1和NMOS管Q8，以及电容C261、三极管Q35、二极管D7、电阻R2、电阻R3、电阻R35和电阻R48，以及端口P2和端口P3；电池引脚与三极管Q35连接后，连接电容C261，之后连接PMOS管Q12的源极，PMOS管Q12的漏极连接二极管D7、电阻R35和电阻R48后，与NMOS管Q1和NMOS管Q8连接，NMOS管Q8连接端口P2和端口P3；NMOS管Q1与并联的电阻R2和电阻R3相连；
保护分支电路包括相互连接的第一保护子分支电路、第二保护子分支电路和第三保护子分支电路；第一保护子分支电路连接直通分支电路，第二保护子分支电路连接微控制单元；第一保护子分支电路包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2和电容C3；第二保护子分支电路包括运算放大器U12、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C36和电容C37；第三保护子分支电路包括运算放大器U30、电阻R270、电阻R271、电阻R272、电阻R273、电容C271、电容C272、电容C273、二极管D20、二极管D21和NMOS管Q37。
上述技术方案的工作原理为：直通分支电路包括NMOS管Q13、PMOS管Q12、NMOS管Q1和NMOS管Q8，以及电容C261、三极管Q35、二极管D7、电阻R2、电阻R3、电阻R35和电阻R48，以及端口P2和端口P3；电池引脚与三极管Q35连接后，连接电容C261，之后连接PMOS管Q12的源极，PMOS管Q12的漏极连接二极管D7、电阻R35和电阻R48后，与NMOS管Q1和NMOS管Q8连接，NMOS管Q8连接端口P2和端口P3；NMOS管Q1与并联的电阻R2和电阻R3相连；
保护分支电路包括相互连接的第一保护子分支电路、第二保护子分支电路和第三保护子分支电路；第一保护子分支电路连接直通分支电路，第二保护子分支电路连接微控制单元；第一保护子分支电路包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2和电容C3；第二保护子分支电路包括运算放大器U12、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C36和电容C37；第三保护子分支电路包括运算放大器U30、电阻R270、电阻R271、电阻R272、电阻R273、电容C271、电容C272、电容C273、二极管D20、二极管D21和NMOS管Q37。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过直通分支电路和保护分支电路，共同构成直通保护电路并实现电路的保护功能。
一种电池直通保护电路控制方法，包括：
S1：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为关闭状态，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S2：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，控制端口P2和端口P3输出电池电压；
S3：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出短路情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U30增大负极电压，在正极输出高电平，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S4：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出过流情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U12将其输出电压增大，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压；
S5：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U1运放增大电压，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压。
上述技术方案的工作原理为：S1：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为关闭状态，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S2：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，控制端口P2和端口P3输出电池电压；
S3：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出短路情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U30增大负极电压，在正极输出高电平，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S4：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出过流情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U12将其输出电压增大，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压；
S5：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U1运放增大电压，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，在直通分支电路输出短路、直通分支电路输出过流或外部电源反灌直通分支电路电压时，保护分支电路可实现对直通分支电路的有效保护。
在一个实施例中，S1包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，NMOS管Q13处于关闭状态，PMOS管Q12的栅极与电池电压VBAT相同，PMOS管Q12处于关闭状态，NMOS管Q1和NMOS管Q8也处于关闭状态，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的工作原理为：S1包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，NMOS管Q13处于关闭状态，PMOS管Q12的栅极与电池电压VBAT相同，PMOS管Q12处于关闭状态，NMOS管Q1和NMOS管Q8也处于关闭状态，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过NMOS管Q13与PMOS管Q12的联合控制，使端口在使能端直流输出为低电平时无电压输出。
在一个实施例中，S2包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，NMOS管Q13打开，PMOS管Q12的栅极与地面电压短接，电池电压VBAT经过三极管Q35流到PMOS管Q12的源级，PMOS管Q12打开，VBAT流经二极管D7、电阻R35、电阻R48后，作为NMOS管Q1和NMOS管Q8的栅极驱动电压，驱动NMOS管Q1和NMOS管Q8打开，电池电压VBAT从端口P2和端口P3输出。
上述技术方案的工作原理为：S2包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，NMOS管Q13打开，PMOS管Q12的栅极与地面电压短接，电池电压VBAT经过三极管Q35流到PMOS管Q12的源级，PMOS管Q12打开，VBAT流经二极管D7、电阻R35、电阻R48后，作为NMOS管Q1和NMOS管Q8的栅极驱动电压，驱动NMOS管Q1和NMOS管Q8打开，电池电压VBAT从端口P2和端口P3输出。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，通过NMOS管Q13和PMOS管Q12的协同控制，使电池电压从端口输出。
在一个实施例中，S3包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出短路情况时，增大运算放大器U30的负极电压，当负极电压达到与预设的正极电压一致时，运算放大器U30的正极输出高电平，NMOS管Q37控制直流短路保护端电压与地面电压一致，NMOS管Q13关闭，PMOS管Q12关闭，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的工作原理为：S3包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出短路情况时，增大运算放大器U30的负极电压，当负极电压达到与预设的正极电压一致时，运算放大器U30的正极输出高电平，NMOS管Q37控制直流短路保护端电压与地面电压一致，NMOS管Q13关闭，PMOS管Q12关闭，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，出现输出短路情况时，通过增大运算放大器U30的负极电压，使端口无电压输出，从而保护直通电路。
在一个实施例中，S4包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出过流情况时，增大运算放大器U12的正极电压，通过正极预设的分压电阻，使运算放大器U12的输出电压为正极检测电压的85.5倍，运算放大器U12的输出端反相接到微控制单元，利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制使能端直流输出的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的工作原理为：S4包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出过流情况时，增大运算放大器U12的正极电压，通过正极预设的分压电阻，使运算放大器U12的输出电压为正极检测电压的85.5倍，运算放大器U12的输出端反相接到微控制单元，利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制使能端直流输出的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，在直通分支电路出现输出过流情况时，通过运算放大器U12的输出端反相接到微控制单元，可以保证端口无电压输出，从而保护直通电路。
在一个实施例中，S5包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，运算放大器U1的负极电压增大，利用运算放大器U1运放增大101倍电压；利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制I端输出电压的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的工作原理为：S5包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，运算放大器U1的负极电压增大，利用运算放大器U1运放增大101倍电压；利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制I端输出电压的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，通过利用运算放大器U1运放增大电压，使得端口无电压输出，从而保护直通电路。
在一个实施例中，如图2所示，还包括S6，对保护分支电路进行功能测试，获得保护分支电路异常工作状态预警应对方案；具体步骤为：
S601：将测试直通电路与保护分支电路相连；
S602：通过微控制单元，分别对测试直通电路输出短路、输出过流，以及外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压的情况进行测试，获得测试数据；
S603：基于若干次测试数据，对正常工作状态下的保护分支电路的元器件参数范围进行记录统计，生成元器件参数数据表；
S604：基于元器件参数数据表以及元器件基础参数数据，结合元器件历史常见故障数据，设置保护分支电路的若干个元器件的常态工作阈值、以及异常工作状态预警提示。
上述技术方案的工作原理为：还包括S6，对保护分支电路进行功能测试，获得保护分支电路异常工作状态预警应对方案；具体步骤为：
S601：将测试直通电路与保护分支电路相连；
S602：通过微控制单元，分别对测试直通电路输出短路、输出过流，以及外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压的情况进行测试，获得测试数据；
S603：基于若干次测试数据，对正常工作状态下的保护分支电路的元器件参数范围进行记录统计，生成元器件参数数据表；
S604：基于元器件参数数据表以及元器件基础参数数据，结合元器件历史常见故障数据，设置保护分支电路的若干个元器件的常态工作阈值、以及异常工作状态预警提示。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过对保护分支电路的功能测试，可以保证保护分支电路处于正常工作状态。
在一个实施例中，如图3所示，还包括S7，针对直通电路出现过流和反灌电压的情况，对电路元器件进行风险判定和维护；具体步骤为：
S701：基于预设的传感器件采集直通电路出现过流或反灌电压情况时的第一电压值；
S702：当所述第一电压值小于预设电压值时，获取第一电压值；
S703：基于预设的电压值-元器件损耗影响值匹配模板，根据第一电压值获取对应的元器件损耗影响值；
S704：累加若干个元器件损耗影响值，获得元器件累加损耗影响值，基于预设的元器件累加损耗影响值-元器件风险等级值模板，获取对应的元器件风险等级，根据元器件风险等级按照预设维护策略进行维护。
上述技术方案的工作原理为：还包括S7，针对直通电路出现过流和反灌电压的情况，对电路元器件进行风险判定和维护；具体步骤为：
S701：基于预设的传感器件采集直通电路出现过流或反灌电压情况时的第一电压值；
S702：当所述第一电压值小于预设电压值时，获取第一电压值；
S703：基于预设的电压值-元器件损耗影响值匹配模板，根据第一电压值获取对应的元器件损耗影响值；
S704：累加若干个元器件损耗影响值，获得元器件累加损耗影响值，基于预设的元器件累加损耗影响值-元器件风险等级值模板，获取对应的元器件风险等级，根据元器件风险等级按照预设维护策略进行维护。
为了检测短路或过流情况下的NMOS管或PMOS管的功能，通过短路保护测试实施，因短路保护测试与放电过流保护测试的测试原理基本相同，即一旦电池进行长时间大电流放电，由于外部因素的影响，该电流值接近短路保护点但未达到短路保护点，因此电池会进入放电过流保护状态，延时为十几毫秒级别才启动保护，有可能造成MOS管热击穿；通过评估MOS管的测试温度，可判断MOS管是否存在失效风险；当MOS管的温度超过最大额定值，即出现热击穿情况时，则会失效；MOS管的温度的计算公式为：
上式中，Tcs为该型号MOS管的测试温度，α为MOS管的结构迁移率，Cγ为MOS管的氧化层电容，Wε为MOS管的沟道宽度，Lε为MOS管的沟道长度，Vgs为MOS管的栅源电压，Vh为预设阈值电压；Ics为测试电流，Rμ为MOS管的瞬态热阻抗值，Rθ为MOS管的稳态热阻抗值，25代表MOS管处于正常工作下的温度值。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案，通过对电路元器件进行风险判定和维护，有助于保持元器件的良好工作性能，有预见性地做好维修工作；通过评估MOS管的测试温度，可判断MOS管是否存在失效风险，进一步提高风险判定的准确性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，包括：直通分支电路、保护分支电路和微控制单元；直通分支电路用于实现电池电压的输出；保护分支电路分别连接直通分支电路和微控制单元，保护分支电路用于结合微控制单元，在直通分支电路输出短路、直通分支电路输出过流或外部电源反灌直通分支电路电压时，保护直通分支电路；
直通分支电路包括NMOS管Q13、PMOS管Q12、NMOS管Q1和NMOS管Q8，以及电容C261、三极管Q35、二极管D7、电阻R2、电阻R3、电阻R35和电阻R48，以及端口P2和端口P3；电池引脚与三极管Q35连接后，连接电容C261，之后连接PMOS管Q12的源极，PMOS管Q12的漏极连接二极管D7、电阻R35和电阻R48后，与NMOS管Q1和NMOS管Q8连接，NMOS管Q8连接端口P2和端口P3；NMOS管Q1与并联的电阻R2和电阻R3相连；
保护分支电路包括相互连接的第一保护子分支电路、第二保护子分支电路和第三保护子分支电路；第一保护子分支电路连接直通分支电路，第二保护子分支电路连接微控制单元；第一保护子分支电路包括运算放大器U1、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2和电容C3；第二保护子分支电路包括运算放大器U12、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C36和电容C37；第三保护子分支电路包括运算放大器U30、电阻R270、电阻R271、电阻R272、电阻R273、电容C271、电容C272、电容C273、二极管D20、二极管D21和NMOS管Q37；
S1：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为关闭状态，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S2：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，控制端口P2和端口P3输出电池电压；
S3：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出短路情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U30增大负极电压，在正极输出高电平，控制端口P2和端口P3不输出电池电压；
S4：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现输出过流情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U12将其输出电压增大，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压；
S5：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，将直通分支电路中的NMOS管Q13配置为打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，利用保护分支电路中的运算放大器U1运放增大电压，并利用微控制单元控制直通分支电路中的使能端直流输出转为低电平，实现端口P2和端口P3不输出电池电压。
2.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，S1包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为低电平时，NMOS管Q13处于关闭状态，PMOS管Q12的栅极与电池电压VBAT相同，PMOS管Q12处于关闭状态，NMOS管Q1和NMOS管Q8也处于关闭状态，端口P2和端口P3无输出。
3.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，S2包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，NMOS管Q13打开，PMOS管Q12的栅极与地面电压短接，电池电压VBAT经过三极管Q35流到PMOS管Q12的源级，PMOS管Q12打开，VBAT流经二极管D7、电阻R35、电阻R48后，作为NMOS管Q1和NMOS管Q8的栅极驱动电压，驱动NMOS管Q1和NMOS管Q8打开，电池电压VBAT从端口P2和端口P3输出。
4.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，S3包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出短路情况时，增大运算放大器U30的负极电压，当负极电压达到与预设的正极电压一致时，运算放大器U30的正极输出高电平，NMOS管Q37控制直流短路保护端电压与地面电压一致，NMOS管Q13关闭，PMOS管Q12关闭，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
5.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，S4包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现输出过流情况时，增大运算放大器U12的正极电压，通过正极预设的分压电阻，使运算放大器U12的输出电压为正极检测电压的85.5倍，运算放大器U12的输出端反相接到微控制单元，利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制使能端直流输出的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
6.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，S5包括：当直通分支电路中的使能端直流输出为高电平时，端口P2和端口P3处于输出打开状态，当出现外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压情况时，运算放大器U1的负极电压增大，利用运算放大器U1运放增大101倍电压；利用微控制单元比较预设电压值与检测电压值的大小，根据比较结果控制I端输出电压的电平，当检测电压值与预设电压值一致后使使能端直流输出为低电平，NMOS管Q1和NMOS管Q8关闭，端口P2和端口P3无输出。
7.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，还包括S6，对保护分支电路进行功能测试，获得保护分支电路异常工作状态预警应对方案；具体步骤为：
S601：将测试直通电路与保护分支电路相连；
S602：通过微控制单元，分别对测试直通电路输出短路、输出过流，以及外部电源从端口P2或端口P3输出口反灌电压的情况进行测试，获得测试数据；
S603：基于若干次测试数据，对正常工作状态下的保护分支电路的元器件参数范围进行记录统计，生成元器件参数数据表；
S604：基于元器件参数数据表以及元器件基础参数数据，结合元器件历史常见故障数据，设置保护分支电路的若干个元器件的常态工作阈值、以及异常工作状态预警提示。
8.根据权利要求1所述的一种电池直通保护电路控制方法，其特征在于，还包括S7，针对直通电路出现过流和反灌电压的情况，对电路元器件进行风险判定和维护；具体步骤为：
S701：基于预设的传感器件采集直通电路出现过流或反灌电压情况时的第一电压值；
S702：当所述第一电压值小于预设电压值时，获取第一电压值；
S703：基于预设的电压值-元器件损耗影响值匹配模板，根据第一电压值获取对应的元器件损耗影响值；
S704：累加若干个元器件损耗影响值，获得元器件累加损耗影响值，基于预设的元器件累加损耗影响值-元器件风险等级值模板，获取对应的元器件风险等级，根据元器件风险等级按照预设维护策略进行维护。
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