CN203674737U - 一种放电保护装置及其电池管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种放电保护装置及其电池管理***，其中，上述装置装置包括放电保护电路，所述电路包括：用于输入控制信号的第一、第二输入端、用于与外部放电电源耦接的第三输入端、用于与外部负载耦接的一输出端，以及第一受控开关、第二受控开关、第三受控开关、第四受控开关、第五受控开关、第六受控开关及第七受控开关。通过上述方式，本实用新型能够使得放电保护电路中的电源与地之间不形成回路，避免了放电保护电路中的电量损耗。

Description

一种放电保护装置及其电池管理***

技术领域

本实用新型涉及电池管理***技术领域，特别是涉及一种放电保护装置及其电池管理***。

背景技术

如今，无论在生活上或者工业上，人们都常常使用着一些储能产品（如电池）对电子产品或者器械进行供电，而为了保护储能产品，往往会在储能产品放电的电路上添加放电保护电路。

现有技术采用的放电保护电路如图1所示，放电保护电路110的输入端111输入信号为高电平时，第一场效应管（也称为MOS管）112受控导通，使得第二MOS管113的源极1132和栅极1131间电压为高电平从而受控导通，第三MOS管114的栅极1141和源极1142间电压为低电平从而受控关断。在第二MOS管113导通、第三MOS管114关断时，电源116向大功率MOS管115的栅极1151输入高电平，进而使得大功率MOS管115的栅极1151和源极1152间电压为高电平从而受控导通，即允许电池120对外部负载进行放电。同理，当输入端111输入信号为低电平时，第一MOS管112受控关断，使得第二MOS管113受控关断，第三MOS管114受控导通。第三MOS管114受控导通时，大功率MOS管115的栅极1151和源极1152之间的寄生电容所存储的电荷被快速放掉。所以，大功率MOS管115的栅极1151和源极1152之间的电压为低电平，从而大功率MOS管115受控关断，即禁止电池120对外部负载进行放电。

然而，上述现有放电保护电路110中，在大功率MOS管115导通时，第一MOS管112同时导通，电源116通过电阻118和第一MOS管112与地形成回路而产生电流。即在大功率MOS管115导通时，放电保护电路110存在着电量损耗。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种放电保护装置及其电池管理***，能够避免放电保护电路中的电量损耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种放电保护装置，所述装置包括放电保护电路，所述电路包括：用于输入控制信号的第一、第二输入端、用于与外部放电电源耦接的第三输入端、用于与外部负载耦接的输出端，以及第一受控开关，分别耦接于所述第一输入端和第一接地端；第二、第三受控开关，分别耦接于所述第二输入端和第一接地端；第四受控开关，分别耦接于所述第一受控开关和第一电源，且在所述第一受控开关导通时受控导通；第五受控开关，分别耦接于所述第二、第四受控开关及第一电源，且在所述第四受控开关导通时受控关断，在所述第二受控开关导通时受控导通并使得所述第四受控开关受控关断；第六受控开关，分别耦接于所述第二、第三受控开关及第二接地端，且在所述第三受控开关导通时受控导通，在所述第二、第三受控开关同时关断时受控关断；第七受控开关，分别耦接于所述第四、第六受控开关、第三输入端、输出端及第二接地端，且在所述第四受控开关导通、第六受控开关关断时受控导通，以使第三输入端与所述输出端连接，在所述第六受控开关导通时受控关断，以使第三输入端与所述输出端断开连接；在所述第一输入端输入第一控制信号时，所述第一受控开关导通，使得所述第四受控开关导通，以及第五受控开关关断；所述第二输入端输入第二控制信号，使得所述第二、第三受控开关关断，且所述第六受控开关关断，所述第七受控开关进而实现导通，以允许所述外部放电电源向所述外部负载放电；在所述第一输入端输入第二控制信号，所述第二输入端输入第一控制信号时，所述第一受控开关关断，所述第二、第三受控开关导通，使得第五、第六受控开关导通，以及第四受控开关关断，所述第七受控开关进而实现关断，以禁止所述外部放电电源顺序向外部负载放电，其中，所述第一控制信号与所述第二控制信号为反相信号。

其中，所述第一、第二及第三受控开关分别为N型场效应管或NPN型三极管，且在所述第一、第二及第三受控开关至少一个为NPN型三极管时，所述电路还包括相应NPN型三极管数目的第一电阻，所述NPN型三极管的第一端口先电连接第一电阻，再与其他元件进行耦接，其中，所述第一受控开关的第一端口和第二端口分别耦接于第一输入端和第一接地端；所述第二、第三受控开关的第一端口和第二端口分别耦接于所述第二输入端和第一接地端。

其中，所述第四、第五、第六受控开关分别为P型场效应管或PNP型三极管，且在所述第四、第五、第六受控开关至少一个为PNP型三极管时，所述电路还包括相应PNP型三极管数目的第二电阻，所述PNP型三极管的第一端口先电连接第二电阻，再与其他元件进行耦接，其中，所述第四受控开关的第一端口和第二端口分别耦接于所述第一受控开关的第三端口和第一电源；所述第五受控开关的第二端口和第三端口分别耦接于第一电源和第一受控开关的第三端口，且所述第五受控开关的第一端口分别耦接于所述第二、第四受控开关的第三端口；所述第六受控开关的第一端口和第二端口均分别耦接于第二、第三受控开关的第三端口，第六受控开关的第三端口耦接于第二接地端。

其中，所述第七受控开关为一个大功率N型场效应管或者多个大功率N型场效应管并联；所述第七受控开关的第一端口及第三端口分别耦接于第六受控开关的第三端口及输出端，所述第七受控开关的第二端口分别耦接于第三输入端及第二接地端。

其中，所述电路还包括第三电阻，所述第一受控开关的第三端口通过第三电阻耦接于第五受控开关的第三端口。

其中，所述电路还包括二极管，所述第三受控开关的第三端口通过二极管耦接于第六受控开关的第二端口；

其中，所述第一、第二控制信号为由微控制单元、可编程逻辑器件或触发器组成的逻辑控制电路输出信号。

其中，所述第一、第二控制信号为互为反相的电压信号。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种电池管理***，包括第二电源和上述的放电保护装置，所述放电保护装置的第三输入端耦接于第二电源。

其中，所述第二电源为锂离子蓄电池、锂聚合物电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、超级电容或储能产品的***电子线路。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型采用了推挽驱动和隔离地方式，使得放电保护电路中的第一电源与第一接地端之间不形成回路，避免了放电保护电路的电量损耗。同时，通过将第六受控开关的第三端口与第一电源耦接，避免了由于引线寄生参数及大功率管寄生参数影响而导致第六受控开关的栅极和源极之间电压的改变，从而使得第六受控开关的关闭速度不受影响，也解决了由于引线寄生参数及大功率管寄生参数影响而导致第七受控开关二次导通问题。

附图说明

图1是现有技术中电池管理***中放电保护部分的电路示意图；

图2是本实用新型放电保护装置一实施方式的电路示意图；

图3是本实用新型电池管理***一实施方式的部分电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式进行说明。

参阅图2，图2是本实用新型放电保护装置一实施方式的电路示意图。本实施方式中，放电保护装置包括放电保护电路200，放电保护电路200包括第一输入端211、第二输入端212、第三输入端213、输出端214、第一受控开关221、第二受控开关222、第三受控开关223、第四受控开关224、第五受控开关225、第六受控开关226及第七受控开关227。

其中，第三输入端213用于与外部放电电源耦接。输出端214用于与外部负载耦接。第一输入端211、第二输入端212用于输入第一控制信号或第二控制信号，且第一控制信号与第二控制信号互为反相信号。进一步地，第一、第二控制信号为由微控制单元（MCU）、可编程逻辑器件（PLD）或触发器组成的逻辑控制电路输出的互为反相信号。

更具体地，第一受控开关221的第一端口2211和第二端口2212分别耦接于第一输入端211和第一接地端210。第二受控开关222的第一端口2221和第二端口2222分别耦接于第二输入端212和第一接地端218。第三受控开关223的第一端口2231和第二端口2232分别耦接于第二输入端212和第一接地端219。第四受控开关224的第一端口2241和第二端口2242分别耦接于第一受控开关221的第三端口2213和第一电源216。第五受控开关225的第二端口2252和第三端口2253分别耦接于第一电源215和第一受控开关221的第三端口2213，第五受控开关225的第一端口2251分别耦接于第二受控开关222的第三端口2223及第四受控开关224的第三端口2243。第六受控开关226的第一端口2261和第二端口2262均分别耦接于第二受控开关222的第三端口2223和第三受控开关223的第三端口2233，第六受控开关226的第三端口2263耦接于第二接地端217。第七受控开关227的第一端口2271、第二端口2272及第三端口2273分别耦接于第六受控开关226的第二端口2262、第二接地端217及输出端214。

进一步地，放电保护电路200还包括第三电阻228及二极管229。第三电阻228两端分别耦接于第一受控开关221的第三端口2213和第五受控开关225的第三端口2253，以防止在第一输入端211输入的控制信号发生改变瞬间，第一受控开关221和第五受控开关225同时导通而损坏第一受控开关221和第五受控开关225。二极管229的正、负极分别耦接于第六受控开关226的第二端口2262、第三受控开关223的第三端口2233，以防止第一接地端219的电路通过第三受控开关223流向第六受控开关226。

本实施方式中，第一受控开关221、第二受控开关222及第三受控开关223为N型MOS管，第四受控开关224、第五受控开关225及第六受控开关226为P型MOS管。对应地，第一到第六受控开关的第一端口、第二端口及第三端口分别为MOS管的栅极、源极及漏极。同时，第一受控开关221、第二受控开关222及第三受控开关223的第一端口和第二端口间电压为高电平时受控导通，第四受控开关224、第五受控开关225及第六受控开关226的第二端口和第一端口间电压为高电平时受控导通。此外，第七受控开关227为一个大功率N型MOS管，对应地，第七受控开关227的第一端口、第二端口及第三端口分别为MOS管的栅极、源极及漏极。同时，第七受控开关227的第一端口和第二端口间电压为高电平时受控导通。当然，在其他实施方式中，第七受控开关还可以为多个大功率N型MOS管并联。

对放电保护电路200进一步的说明，本实施方式中，第一控制信号为高电平信号，第二控制信号为低电平信号。在第一输入端211输入第一控制信号即高电平信号时，第一受控开关221的第一端口2211和第二端口2212之间的电压为高电平，从而第一受控开关221受控导通。在第一受控开关221导通时，第四受控开关224的第一端口2241与第一接地端210耦接，而其第二端口2242耦接于第一电源216，故第四受控开关224的第二端口2242和第一端口2241之间的电压为高电平从而受控导通。在第四受控开关224导通时，第五受控开关225的第一端口2251耦接于第一电源216，而其第二端口2252耦接于第一电源215，故第五受控开关225的第二端口2252和第一端口2251之间的电压为低电平从而受控关断。

在第一输入端211输入第一控制信号即高电平信号的同时，第二输入端212输入第二控制信号即低电平信号，此时，第二受控开关222的第一端口2221和第二端口2222之间的电压为低电压，从而第二受控开关222受控关断。第三受控开关223的第一端口2231和第二端口2232之间的电压为低电压，从而第三受控开关223受控关断。在第二受控开关222和第三受控开关223关断时，第六受控开关226的第一端口2261和第二端口2262均耦接于第四受控开关224的第三端口2243进而耦接于第一电源216，故第六受控开关226的第一端口2261和第二端口2262之间的电压为低电压从而受控关断。在第六受控开关226关断时，第七受控开关227的第一端口2271通过二极管230、电阻231、电阻232及第四受控开关224耦接于第一电源216，故大功率MOS管227的第一端口2271和第二端口2272之间的电压为高电压，从而大功率MOS管227受控导通。在第七受控开关227导通时，第三输入端213和输出端214通过第七受控开关227导通，以允许与第三输入端213耦接的外部放电电源向与输出端214耦接的外部负载放电。

同理，在第一输入端211输入第二控制信号即低电平，第二输入端212输入第一控制信号即高电平时，第一受控开关221的第一端口2211和第二端口2212之间的电压为低电平，从而第一受控开关221受控关断。第二受控开关222的第一端口2221和第二端口2222之间的电压为高电压，从而第二受控开关222受控导通。第三受控开关223的第一端口2231和第二端口2232之间的电压为高电压，从而第三受控开关223受控导通。在第二受控开关222导通时，第五受控开关225的第一端口2251耦接于第一接地端218，故第五受控开关225的第二端口2252和第一端口2251之间的电压为高电平从而受控导通。在第二受控开关222导通时，第四受控开关224的第一端口2241耦接于第一电源215，故第四受控开关224的第二端口2242和第一端口2241之间的电压为低电压从而受控关断。在第三受控开关223导通时，第六受控开关226的第一端口2261耦接于第一接地端219，此时，由于第七受控开关227的第一端口2271和第二端口2272之间存在寄生电容，寄生电容上存储的电荷在没有快速泄放通道情况下，第一端口2271将在较长时间内维持高电平，因此，第六受控开关226的第二端口2262也在较长时间内处于高电位，即第六受控开关226的第二端口2262和第一端口2261之间的电压为高电压从而受控导通。在第六受控开关226导通时，第七受控开关227的第一端口2271和第二端口2272之间寄生电容存储的电荷快速泄放，从而第七受控开关227受控关断，以禁止与第三输入端213耦接的外部放电电源向与输出端214耦接的外部负载放电。

在上述第七受控开关227受控导通或者关断过程中，由于第一受控开关221和第五受控开关225不会同时导通，故第一电源215无法与第一接地端210形成回路。此外，由于第四受控开关224与第二受控开关222或第三受控开关223也不会同时导通，故第一电源216也无法与第一接地端218或219形成回路。因此，放电保护电路200不存在着电量损耗。

区别于现有技术的情况，本实施方式采用了推挽驱动和隔离地方式，使得放电保护电路中的电源与地之间不形成回路，避免了放电保护电路的电量损耗。

此外，在其他应用实施方式中，第一、第二、第三受控开关可以为NPN型三极管，第四、第五及第六受控开关可以为PNP型三极管。对应地，第一到第六受控开关的第一端口、第二端口及第三端口分别为三极管的基极、射极及集电极。值得注意的是，由于三极管为电流控制元件，在第一、第二、第三受控开关至少一个为NPN型三极管时，放电保护电路还包括相应NPN型三极管数目的第一电阻，所述NPN型三极管的基极先电连接第一电阻，再与其他元件进行耦接。在第四、第五及第六受控开关至少一个为PNP型三极管时，放电保护电路还包括相应PNP型三极管数目的第二电阻，所述PNP型三极管的基极先电连接第二电阻，再与其他元件进行耦接。除此之外，由三极管构成的放电保护电路与MOS管构成的放电保护电路是一致，请对应参阅上述描述，在此不再进行赘述。

再需要说明的是，在具体应用实施方式中，为使放电保护电路更加稳定和可靠，放电保护电路可以适当地添加电阻或二极管，故在本实用新型放电保护电路基础上添加辅助性的电阻或二极管均属本实用新型的保护范围。

请参阅图3，图3是本实用新型电池管理***一实施方式的部分电路示意图。本实施方式中，电池管理***300包括第二电源320和放电保护装置，放电保护装置包括放电保护电路310，放电保护电路310的第三输入端311与第二电源320耦接。其中，第二电源320为电池或者类似电池类而需要电子线路的储能产品，例如：锂离子蓄电池、锂聚合物电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、超级电容或储能产品的***电子线路等。在本实施方式中，放电保护装置与上述实施方式中的放电保护装置一致，故在此不再赘述。

请再次参阅图1，由于在电池管理***100中，端点130到电池120的负极根部间一般存在较长的导线。任何导线都有电感，其中导线长度越长，感量越大。因此端点130与电池120的负极之间等效为一个寄生电感140。根据电磁感应定律，当寄生电感140上电流发生变化时，寄生电感140两端将产生一个感应电动势U1。

在大功率MOS管115导通时，当放电电流变化较小时，可认为第三接地端117的电位与第四接地端150(第四接地端150设置为与大地连接，即第四接地端150是稳定的)电位一致。在大功率MOS管115开始关闭时，放电电流逐渐变小，寄生电感140上产生的感应电动势U1变大，从而第三接地端117的电位比第四接地端150的电位高一定值。因此，第三MOS管114的栅极1141和源极1142之间的电压下降一定值，从而降低第三MOS管114的导通速度。

而且在大功率MOS管115关闭瞬间，放电回路中电流的方向不能突变，寄生电感140上存储的能量将以感应电动势U2的方式释放，即第三接地端117的电位比第四接地端150的电位低一定值。因此，大功率MOS管115的栅极1151和源极1152间电压被抬高一定值。当大功率MOS管115的栅极1151和源极1152间电压超过大功率MOS管115的开启电压时，大功率MOS管115二次导通，此时可能损坏大功率MOS管115。

对比于上述现有技术，本实用新型实施方式中端点330到第二电源320的负极根部间由于存在较长的导线而等效为一个寄生电感340。在第七受控开关314开始关闭时，根据上述分析，寄生电感340两端将产生一个感应电动势U3。即第二接地端315电位比第五接地端350(第五接地端350设置为与大地连接，即第五接地端350是稳定的)的电位高一定值，所以第六受控开关313的第三端口3133的电位被抬高一定值。但是第六受控开关313的第一端口3131和第二端口3132的之间的电压并不发生改变，因此，第六受控开关313的导通速度不受影响。

同样，在第七受控开关314关闭瞬间，根据上述分析，寄生电感340产生感应电动势U4。即第二接地端315电位比第五接地端350的电位低一定值，所以第六受控开关313的第三端口3133的电位下降一定值。但是第六受控开关313的第一端口3131和第二端口3132的之间的电压并不发生改变，因此，第六受控开关313继续处于导通状态。在第六受控开关313导通时，第七受控开关314的第一端口3141电位下拉至第二端口3142电位，即第七受控开关314的第一端口3141和第二端口3142之间的电压为0，因此第七受控开关314不会重新导通。

区别于现有技术的情况，本实施方式在避免放电保护电路产生电量损耗的同时，通过将第六受控开关的第三端口与第二接地端耦接，也避免了由于引线寄生参数及大功率管寄生参数导致第六受控开关的第一端口和第二端口之间电压的改变，从而使得第六受控开关的关闭速度不受影响，也解决了由于引线寄生参数及大功率管寄生参数影响而导致第七受控开关二次导通问题。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种放电保护装置，其特征在于，所述装置包括放电保护电路，所述电路包括：用于输入控制信号的第一、第二输入端、用于与外部放电电源耦接的第三输入端、用于与外部负载耦接的输出端，以及

第一受控开关，分别耦接于所述第一输入端和第一接地端；

第二、第三受控开关，分别耦接于所述第二输入端和第一接地端；

第四受控开关，分别耦接于所述第一受控开关和第一电源，且在所述第一受控开关导通时受控导通；

第五受控开关，分别耦接于所述第二、第四受控开关及第一电源，且在所述第四受控开关导通时受控关断，在所述第二受控开关导通时受控导通并使得所述第四受控开关受控关断；

第六受控开关，分别耦接于所述第二、第三受控开关及第二接地端，且在所述第三受控开关导通时受控导通，在所述第二、第三受控开关同时关断时受控关断；

第七受控开关，分别耦接于所述第四、第六受控开关、第三输入端、输出端及第二接地端，且在所述第四受控开关导通、第六受控开关关断时受控导通，以使第三输入端与所述输出端连接，在所述第六受控开关导通时受控关断，以使第三输入端与所述输出端断开连接；

在所述第一输入端输入第一控制信号时，所述第一受控开关导通，使得所述第四受控开关导通，以及第五受控开关关断；所述第二输入端输入第二控制信号，使得所述第二、第三受控开关关断，且所述第六受控开关关断，所述第七受控开关进而实现导通，以允许所述外部放电电源向所述外部负载放电；

在所述第一输入端输入第二控制信号，所述第二输入端输入第一控制信号时，所述第一受控开关关断，所述第二、第三受控开关导通，使得第五、第六受控开关导通，以及第四受控开关关断，所述第七受控开关进而实现关断，以禁止所述外部放电电源向外部负载放电，其中，所述第一控制信号与所述第二控制信号为反相信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一、第二及第三受控开关分别为N型场效应管或NPN型三极管，且在所述第一、第二及第三受控开关至少一个为NPN型三极管时，所述电路还包括相应NPN型三极管数目的第一电阻，所述NPN型三极管的第一端口先电连接第一电阻，再与其他元件进行耦接，其中，

所述第一受控开关的第一端口和第二端口分别耦接于第一输入端和第一接地端；

所述第二、第三受控开关的第一端口和第二端口分别耦接于所述第二输入端和第一接地端。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第四、第五、第六受控开关分别为P型场效应管或PNP型三极管，且在所述第四、第五、第六受控开关至少一个为PNP型三极管时，所述电路还包括相应PNP型三极管数目的第二电阻，所述PNP型三极管的第一端口先电连接第二电阻，再与其他元件进行耦接，其中，

所述第四受控开关的第一端口和第二端口分别耦接于所述第一受控开关的第三端口和第一电源；

所述第五受控开关的第二端口和第三端口分别耦接于第一电源和第一受控开关的第三端口，且所述第五受控开关的第一端口分别耦接于所述第二、第四受控开关的第三端口；

所述第六受控开关的第一端口和第二端口均分别耦接于第二、第三受控开关的第三端口，第六受控开关的第三端口耦接于第二接地端。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第七受控开关为一个大功率N型场效应管或者多个大功率N型场效应管并联；

所述第七受控开关的第一端口及第三端口分别耦接于第六受控开关的第三端口及输出端，所述第七受控开关的第二端口分别耦接于第三输入端及第二接地端。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电路还包括第三电阻，所述第一受控开关的第三端口通过第三电阻耦接于第五受控开关的第三端口。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电路还包括二极管，所述第三受控开关的第三端口通过二极管耦接于第六受控开关的第二端口。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一、第二控制信号为由微控制单元、可编程逻辑器件或触发器组成的逻辑控制电路输出信号。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一、第二控制信号为互为反相的电压信号。

9.一种电池管理***，其特征在于，包括第二电源和权利要求1至8任一项所述的放电保护装置，所述放电保护装置的第三输入端耦接于第二电源。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述第二电源为锂离子蓄电池、锂聚合物电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、超级电容或储能产品的***电子线路。

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