CN201766347U - 一种备份电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种备份电池保护电路，其中包括外部电源、不可充电的备份电池及负载芯片，还包括电阻及第一单向导电元件；外部电源与负载芯片相连；备份电池通过串联的电阻及第一单向导电元件与负载芯片相连，第一单向导电元件用于导通从备份电池到负载芯片方向的电路，切断从负载芯片到备份电池方向的电路。本实用新型具有设计科学，结构简单，工作可靠等优点，适用于所有信息技术设备的备份电池电路，而且不受备份电池的额定电压和外部供电电压的限制。采用简单可靠的电路设计方案有效地避免了对锂原电池的强行充电和意外快速放电。该电路还能防止由于外部电源和电池电压不相等而对电池强行充电的现象，有效消除了安全隐患。

Description

一种备份电池保护电路

技术领域

本实用新型涉及含有备份电池的信息技术设备，尤其涉及一种备份电池保护电路。

背景技术

在信息技术设备中使用的电池种类非常多，而锂原电池由于具有比能量高、体积小等优点而成为信息技术设备中应用最广泛的电池之一。其多用作各种电子设备的记忆备份电池。由于锂原电池是一种不可充电的电池，而且金属锂的化学特性非常活泼，使得锂原电池在加工、保存和使用中，比较容易出现安全问题。如果锂原电池的放电速率过快或者对其进行强行充电，就有可能导致其燃烧甚至***。

国标GB 4943-2001《信息技术设备的安全》和国际标准UL 60950-2007《Information Technology Equipment-Safety》中对信息技术设备上使用电池及电路的安全性能提出了明确的测试要求。对于锂原电池来说，使用电池的设备在设计上应保证在设备正常使用或设备出现单一故障(包括设备电池组件内电路的故障)情况下，能减少着火、***和化学泄漏的危险。锂原电池保护电路的设计应防止锂原电池以超出制造厂商推荐的速率放电和无意识的充电。

正常情况下，设备未上电工作时，由备份电池给负载芯片供电，电路中的电流方向如图1中的I1所示；设备上电工作时，由外部提供的VCC电源直接给负载芯片供电，电路中的电流方向如图1中的I2所示。如图1所示，外部供电电源VCC和电池之间并没有隔离保护措施，那么在设备上电时，VCC在给负载芯片供电的同时也会强行给备份电池充电。与此相反，如果设备不上电工作，负载芯片则由备份电池供电，当负载芯片失效而引起短路时，备份电池就会接地，从而造成备份电池快速放电。因此，如果不对锂原电池电路进行安全保护设计，一方面设备不满足相关的安全标准要求，另外一方面过大的充电电流和放电电流都有可能导致安全隐患。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种备份电池保护电路，以解决解决不可充电的备份电池在使用过程中由于快速放电或反向充电而造成的安全隐患。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种备份电池保护电路，其中包括外部电源、不可充电的备份电池及负载芯片，还包括电阻及第一单向导电元件；

所述外部电源与所述负载芯片相连；

所述备份电池通过串联的所述电阻及所述第一单向导电元件与所述负载芯片相连，所述第一单向导电元件用于导通从所述备份电池到所述负载芯片方向的电路，切断从所述负载芯片到所述备份电池方向的电路。

进一步地，上述电路还可具有以下特征：

所述第一单向导电元件为二极管。

进一步地，上述电路还可具有以下特征：

所述第一单向导电元件为肖特基二极管。

进一步地，上述电路还可包括第二单向导通元件；

所述外部电源与所述负载芯片相连是指：所述外部电源通过第二单向导电元件与所述负载芯片相连，所述第二单向导电元件用于导通从所述外部电源到所述负载芯片方向的电路，切断从所述负载芯片到所述外部电源方向的电路。

进一步地，上述电路还可具有以下特征：

所述第二单向导电元件为二极管。

进一步地，上述电路还可具有以下特征：

所述第二单向导电元件为肖特基二极管。

进一步地，上述电路还可包括一比较器；

所述外部电源通过一分压电路连接至所述比较器的一个输入端，所述备份电池通过所述电阻或直接连接至所述比较器的另一个输入端；

当所述备份电池的电压低于所述外部电源电压与所述分压电路的电压差值时，所述比较器输入告警信号。

本实用新型具有设计科学，结构简单，工作可靠等优点，适用于所有信息技术设备的备份电池电路，而且不受备份电池的额定电压和外部供电电压的限制。采用简单可靠的电路设计方案有效地避免了对锂原电池的强行充电和意外快速放电。该电路还能防止由于外部电源和电池电压不相等而对电池强行充电的现象，有效消除了安全隐患。

附图说明

图1为现有技术中电池与外部电源供电示意图；

图2为本实用新型实施例中备份电池保护电路示意图；

图3为本实用新型实施例中另一种备份电池保护电路示意图；

图4为本实用新型实施例中另一种备份电池保护电路示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施具体例子对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型所述备份电池保护电路中包括外部电源、不可充电的备份电池(如锂原电池)及负载芯片，该备份电池通过串联的电阻及第一单向导电元件与负载芯片相连，第一单向导电元件用于导通从备份电池到负载芯片方向的电路，切断从负载芯片到备份电池方向的电路。这样，就可以利用该第一单向导电元件的反向截止特性把外部电源与备份电池隔离开来，而且电阻的存在会起到分压的作用，当负载芯片短路时，该电阻会起到降低备份电池的放电速度的作用。其中，该第一单向导电元件可采用二极管，优选地为肖特基二极管。当采用二极管时，二极管的正极接收备份电池输出的电流，负极输出该电流。

如图2所示，备份电池输出的电流经过电阻R1后，流入二极管VD1的正极，然后从VD2的负极流出，最后输入到负载芯片中。

此外，为了阻止在设备不上电时备用电池对外部电源VCC进行反灌，也可以在外部电源与负载芯片之间串接一个第二单向导电元件，该第二单向导电元件用于导通从外部电源到负载芯片方向的电路，切断从负载芯片到外部电源方向的电路。该第二单向导电元件亦可采用二极管，优选地为肖特基二极管。如图3所示，当设备上电正常工作时，利用二极管VD1的反向截止特性阻止外部电源VCC对电池强行充电；当设备不上电时，利用二极管VD2的反向截止特性有效地防止了外部电源向备份电池进行强行充电，这样就提高了备份电池的使用效率，延长备份电池的使用寿命。

随着备份电池的使用，其电量会逐渐减少。当使用一定时间后，备份电池的电压可能降低到芯片允许的供电电压范围之外，备份电池就会失去的备用供电功能。而且如果电池的电量降低到某个程度还继续使用，也容易发生电池快速放电的问题。因此在外部电源和电池之间连接一个微功耗的RAIL-TO-RAIL(轨对轨)比较器，如图4所示，即外部电源的输出端通过一分压电路连接至比较器的一个输入端，备份电池的输出端直接或通过上述电阻R1链接至比较器的另一输入端。分压电路的电压是固定的，因此，当备份电池的电压低于外部电源电压与分压电路的电压差值时，该比较器就会输入一高电平或低电平以触发告警信号的产生。即上述电路用于比较备份电池的电压与预期设置电压的大小。如果电池的电压低于设置的比较电压，就会发出告警信号，提示用户及时更换电池。因此比较器可及时发出告警信号避免电池电量降低到一定程度后产生的快速放电，同时也避免了由于电池电压的降低而导致的电池功能的丧失。

如图4所示，图中左侧部分为本实用新型的核心部分------锂原电池安全保护电路设计。在外部电源与负载芯片之间接一个肖特基二极管，在锂原电池和负载芯片之间接一个肖特基二极管，利用二极管的反向截止特性把外部电源与锂原电池隔离，阻止外部电源VCC对电池强行充电；

当设备不上电时，利用二极管VD2的反向截止特性也可以阻止电池对外部电源VCC的反灌。从而有效防止了外部电源给电池的强行充电，提高了电池的使用效率，延长了电池的使用寿命。在电池供电路径上串联一个限流电阻R1防止电池快速放电；外部电源和电池之间接一个微功耗RAIL-TO-RAIL比较器，防止电池长时间使用后可能产生的快速放电，同时也避免了电池电压降低到小于芯片允许的最低工作电压而导致的电池功能的丧失。

综上所述，在设备正常上电工作时，由外部提供的电源直接给负载芯片供电，利用二极管的反向截止特性防止外部电源对备份电池充电。在设备未上电工作时，由备份电池给相应负载供电，在电池供电电路上串联限流电阻起到限流保护作用，从而防止由于负载短路而造成的电池快速放电。

下面用本实用新型的一个应用实例对本实用新型的效果进行进一步说明。

某服务器刀片上使用了一锂原电池，标称电压是3V，额定容量是210mAh，标称脉冲放电电流7.3mA，标称持续放电电流1.8mA，最大反向充电电流1μA。刀片上的电池保护电路采用了本实用新型的保护电路，其中选用肖特基二极管VD1和VD2的参数为：Io是0.2A、VRRM是30V、VF是0.4V/10mA，限流电阻为1kΩ。该服务器在进行UL(Underwriter LaboratoriesInc.，美国保险商试验所)认证时，根据安规标准UL 60950-2007的要求，对刀片上的锂原电池进行相应的安规测试，主要进行了超速率放电和意外充电测试。在超速率放电过程中，断开图4中的外部电源VCC、把负载芯片电源管脚与地短路来模拟电池超速率放电，测试8个小时没有出现标准中规定的安全事故，电池的放电电流也没超过电池厂家规定的放电电流。在意外充电测试中，把图4中的二极管VD1短路，连接外部电源VCC来模拟对电池的意外充电，由于电路中有比较器及线路电阻的缘故，充电电流非常小，没有超过厂家规定的充电电流，也没有标准中规定的危险发生。目前该设计已经在产品中得到大规模应用。

以上关于锂原电池保护电路原理及相关器件和参数的描述，仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种备份电池保护电路，其中包括外部电源、不可充电的备份电池及负载芯片，还包括电阻及第一单向导电元件；

所述外部电源与所述负载芯片相连；

所述备份电池通过串联的所述电阻及所述第一单向导电元件与所述负载芯片相连，所述第一单向导电元件用于导通从所述备份电池到所述负载芯片方向的电路，切断从所述负载芯片到所述备份电池方向的电路。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述第一单向导电元件为二极管。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于：

所述第一单向导电元件为肖特基二极管。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括第二单向导通元件；

所述外部电源与所述负载芯片相连是指：所述外部电源通过第二单向导电元件与所述负载芯片相连，所述第二单向导电元件用于导通从所述外部电源到所述负载芯片方向的电路，切断从所述负载芯片到所述外部电源方向的电路。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于：

所述第二单向导电元件为二极管。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于：

所述第二单向导电元件为肖特基二极管。

7.如权利要求1～6中任意一项所述的电路，其特征在于：

所述电路中还包括一比较器；

所述外部电源通过一分压电路连接至所述比较器的一个输入端，所述备份电池通过所述电阻或直接连接至所述比较器的另一个输入端；

当所述备份电池的电压低于所述外部电源电压与所述分压电路的电压差值时，所述比较器输入告警信号。

Images