CN204156508U - 锂电池短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池短路保护电路，包括：采样模块、检测模块、保护模块、开关模块以及驱动模块。采样模块和开关模块串联并连接于锂电池负极与负载负端之间；开关模块的控制端连接于驱动模块的输出端；检测模块包括第一输入端和第二输入端；采样模块并联于检测模块的第一输入端和第二输入端之间；第二输入端还与第一电源输入端连接；保护模块包括控制单元、第一开关单元、第二开关单元以及反馈单元。上述锂电池短路保护电路，无需经过控制单元的控制即可切断输出，同时反馈单元能够稳定输出。在短路情况解除后，控制单元可以控制第二开关单元的导通实现电路的自动恢复，整个锂电池短路保护电路结构简单且功耗较低。

Description

锂电池短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路技术领域，特别是涉及一种锂电池短路保护电路。

背景技术

锂电池具有轻便、高能量密度以及无污染等特点，因此被广泛应用于手机、笔记本电脑、摄像机等移动设备中，并开始在电动自行车以及电动工具等领域得到快速应用，且逐步应用于电动以及混合动力车辆领域。随着锂电池应用的不断推广，人们对锂电池的安全性能要求也逐渐提高。对于锂电池的保护主要包括过充、过放、过电流以及短路保护。目前很多的锂电池均采用专门的集成保护芯片来进行过充、过放、过电流以及短路保护，但是当集成保护芯片因干扰而无法及时采取正确的指令时，会导致短路保护电路失效。为避免出现这种情况还需要在电路中加入额外的短路保护电路。传统的短路保护电路其结构较为复杂，功耗较高。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种结构简单且功耗低的锂电池短路保护电路。

一种锂电池短路保护电路，包括：采样模块、检测模块、保护模块、开关模块以及驱动模块；所述采样模块和所述开关模块串联于锂电池负极与负载负端之间；所述开关模块的控制端连接于所述驱动模块的输出端；所述检测模块包括第一输入端和第二输入端；所述采样模块并联于所述检测模块的第一输入端和第二输入端之间；所述检测模块的第一输入端与第二输入端沿流经所述采样模块的电流方向依次分布；所述第二输入端还与第一电源输入端连接；所述检测模块的输出端与所述控制单元连接；所述保护模块包括控制单元、第一开关单元、第二开关单元以及反馈单元；所述第一开关单元的控制端与所述检测模块的输出端连接，所述第一开关单元的输入端与所述驱动模块的控制端连接，所述第一开关单元的输出端接地；所述驱动模块的控制端还与所述控制单元连接；所述检测模块用于根据所述第一输入端和所述第二输入端的电压值输出相应的控制信号，控制所述第一开关单元的导通或截止，进而通过所述驱动模块控制所述开关模块的截止或导通；所述第二开关单元的控制端连接于所述控制单元，所述第二开关单元的输入端与所述检测模块的输出端连接，所述第二开关单元的输出端接地；所述第二开关单元在接收到所述控制单元输出的控制信号时导通，进而控制所述第一开关单元截止；所述反馈单元一端连接于所述检测模块的输出端，另一端连接于所述检测模块的第一输入端，用于维持所述检测模块的输出。

在其中一个实施例中，所述反馈单元包括第一电阻和第一二极管；所述第一电阻一端连接于所述检测模块的输出端，另一端与所述第一二极管的正极连接；所述第一二极管的负极连接于所述检测模块的第一输入端。

在其中一个实施例中，所述保护模块还包括第三开关单元，用于在负载短路且电流较小时控制所述检测模块输出控制信号，控制所述第一开关单元导通，进而通过所述驱动模块控制所述开关模块的截止。

在其中一个实施例中，所述第三开关单元包括开关管、第二二极管、第二电阻以及第三电阻；所述开关管的控制端连接所述第二二极管的正极；所述第二二极管的负极与负载正端连接；所述开关管的输入端连接第一电源输入端；所述开关管的输入端和控制端之间并联第二电阻，所述开关管的输出端串联第三电阻后连接于所述检测模块的第一输入端。

在其中一个实施例中，所述开关管为PMOS管或PNP型三极管。

在其中一个实施例中，所述第一开关单元和所述第二开关单元为MOS管或者三极管，所述开关模块则为NMOS管。

在其中一个实施例中，所述控制单元为单片机。

在其中一个实施例中，所述检测模块包括一集成运算放大器，所述第一输入端为所述集成运算放大器的同相输入端，所述第二输入端为所述集成运算放大器的反相输入端。

在其中一个实施例中，还包括延时电路模块，包括延时电容和延时电阻，所述延时电容一端连接于所述检测模块的第一输入端，另一端接地；所述延时电阻一端连接于所述第一输入端，另一端连接于所述开关模块和所述采样模块之间。

在其中一个实施例中，所述检测模块还包括第一分压元件和第二分压元件；所述第一分压元件连接于所述第二输入端和所述采样模块之间；所述第二分压元件连接于所述第二输入端和所述第一电源输入端之间。

上述锂电池短路保护电路，在电路发生短路时，锂电池短路保护电路不经过控制单元的控制，检测模块就可以控制第一开关单元导通，进而驱动模块控制开关模块断开从而切断输出。在电路短路期间反馈单元能够将检测模块的输出反馈到第一输入端从而稳定输出，保持电路呈断开状态，实现自动锁死功能。同时在短路情况不存在后控制单元可以控制第二开关单元的导通实现电路的自动恢复，整个锂电池短路保护电路结构简单且功耗较低。

附图说明

图1为一实施例中的锂电池短路保护电路的原理框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1所示为一实施例中的锂电池短路保护电路100的原理框图。如图1所示，锂电池短路保护电路100连接于锂电池200和负载之间，用于在锂电池200发生短路时切断锂电池200的输出。锂电池短路保护电路100包括采样模块110、检测模块120、保护模块130、驱动模块140以及开关模块150。

采样模块110和开关模块150串联于锂电池200的负极和输出负端320之间。输出负端320用于与负载负端连接。开关模块150的控制端与驱动模块140的输出端连接。在本实施例中，采样模块110为一采样电阻。

检测模块120包括第一输入端IN1和第二输入端IN2。采样模块110并联于第一输入端IN1和第二输入端IN2之间。第一输入端IN1和第二输入端IN2沿流经采样模块110的电流方向依次分布，即第一输入端IN1连接于采样模块110和开关模块150之间，第二输入端IN2则连接于采样模块110和锂电池200之间。第二输入端IN2还与第一电源输入端VCC1连接。通过对第一电源输入端VCC1输入电压的控制，可以实现对第二输入端IN2的电压进行设定，即对参考电压的设定。检测模块120用于对采样模块110两端的电压进行检测，并根据第一输入端IN1和第二输入端IN2的电压值输出相应的控制信号，控制与之连接的第一开关单元134的导通或者截止。在本实施例中，检测模块120主要包括一集成运算放大器。第一输入端IN1即为集成运算放大器的同相输入端，第二输入端IN2即为集成运算放大器的反相输入端，检测模块120的输出端则为集成运算放大器的输出端。具体地，控制信号为电平信号。

保护模块130包括控制单元132、第一开关单元134、第二开关单元136以及反馈单元138。其中，第一开关单元134的控制端连接于检测模块120的输出端。第一开关单元134的输入端与驱动模块140的控制端连接。驱动模块140的控制端还与控制单元132连接。第一开关单元134的输出端接地。第二开关单元136的控制端与控制单元132连接；第二开关单元136的输入端与检测模块120的输出端连接；第二开关单元136的输出端接地。在本实施例中，第一开关单元134在检测模块120输出的控制信号的控制下导通或者截止，从而进一步促使驱动模块140控制开关模块150的截止或导通，实现对整个电路的关断或开启。锂电池短路保护电路100无需通过控制单元132的控制即可实现对电路的关断，可以避免由于控制单元132受到干扰无法及时采取正确指令时给锂电池200带来损害，能够迅速有效的保护锂电池200。第二开关单元136在控制单元132的控制下导通或截止。当第二开关单元136在接收到控制单元132输出的控制信号时导通，进而控制第一开关单元截止，从而恢复电路的输出，实现电路的自动回复。

反馈单元138的一端连接于检测模块120的输出端，另一端则连接于检测模块120的第一输入端IN1。反馈单元138能够将检测模块120的输出反馈到检测模块120的第一输入端IN1，使得检测模块120的输出稳定，进而稳定整个锂电池短路保护电路100，避免锂电池短路保护电路100的来回开启或关闭，降低功耗的同时提高了***的稳定性。在本实施例中，反馈单元138包括第一电阻和第一二极管。具体地，第一电阻一端连接于检测模块120的输出端，另一端则连接于第一二极管的正极。第二二极管的负极连接于第一输入端IN1。反馈单元138能够实现自动锁死功能。

在本实施例中，检测模块120的输出端还与控制单元132连接，用于将短路状况发送给控制单元132，通知控制单元132***发生短路。在本实施例中，控制单元132为一单片机，其型号为MC9S12X。可以理解，控制单元132也可以采用其他能够实现相同功能的器件。第一开关单元134和第二开关单元136均可以为场效应晶体管(MOS管)或者三极管。控制单元132输出的控制信号为电平信号。

驱动模块140用于在第一开关单元134导通的情况下控制开关模块150截止，关闭整个电路的输出。驱动模块140可以采用本领域技术领域习知的驱动电路。在本实施例中，开关模块150为NMOS管，内阻较小，功耗低。开关模块150的控制端则为NMOS管的栅极。

上述锂电池短路保护电路100的具体工作原理为：当电路发生短路时，电路中的电流瞬间变大，流经采样模块110的电流变大。检测模块120的第一输入端IN1的电压高于第二输入端IN2的电压(即参考电压)预设值后，检测模块120输出高电平作为控制信号控制第一开关单元134导通，进而使得驱动模块140控制开关模块150断开。反馈单元138可以实现反馈，稳定检测模块120一直输出高电平，使得第一开关单元134保持导通状态。当短路解除后，控制单元132可以发送高电平信号控制第二开关单元136导通。第二开关单元136导通后控制第一开关单元132截止，驱动模块140控制开关模块150导通，实现电路的自动恢复。电路恢复后，检测模块120的第一输入端IN1的电压降低，检测模块120输出低电平，控制第一开关单元134截止，稳定电路的输出。

上述锂电池短路保护电路100，在电路发生短路时，检测模块120不经过控制单元132就可以直接控制第一开关单元134导通，进而使得驱动模块140控制开关模块150断开从而切断输出。在短路期间反馈单元138能够将检测模块120的输出反馈到第一输入端IN1从而稳定输出，保持电路呈断开状态。，***稳定性提高。同时在短路情况不存在时控制单元132可以控制第二开关单元136的导通实现电路的恢复，整个锂电池短路保护电路100结构简单且功耗较低。

在本实施例中，锂电池短路保护电路还可以包括第三开关单元139。第三开关单元139用于在负载短路且电流较小时，控制检测模块120输出控制信号，控制第一开关单元134导通，进而通过驱动模块140控制开关模块150截止，断开输出。第三开关单元139的控制端作为输出正端310与负载正端310连接。第三开关单元139的输入端连接第一电源输入端VCC1。第三开关单元139的输出端则与检测模块120的第一输入端IN1。在锂电池的工作过程中，当锂电池能量不足时，即便是负载短路，即输出负端320与输出正端310相连，其产生压差仍可能不足以使检测模块120改变输出状态。因此，通过设置第三开关单元139可以确保在负载短路且电流较小的情况下仍对锂电池进行有效保护。

在本实施例中，第三开关单元139包括开关管、第二二极管、第二电阻和第三电阻。其中，开关管的控制端连接于第二二极管的正极，第二二极管的负极连接于输出正端310，用于与负载正端连接。开关管的输入端与第一电源输入端VCC1连接，开关管的输入端和输出端之间并联第二电阻。开关管的输出端串联第三电阻后连接于检测模块120的第一输入端IN1。在本实施例中，开关管可以为PMOS管，也可以为PNP型三极管。当负载短路时，输出正端310与输出负端320连接并通过输出负端320接地，使得开关管控制端的电压降低，开关管工作，使得检测模块120输出控制信号，控制第一开关单元134导通，进而通过驱动模块140控制开关模块150截止，断开输出，保护锂电池不受短路的破坏。

如图1所示，在本实施例中，锂电池短路保护电路还包括延时电路模块160。延时电路模块160设置于检测模块120的第一输入端IN1与采样模块110之间。延时电路模块160用于对锂电池保护电路的保护电压以及保护时间进行设定或调解。在本实施例中，延时电路模块160包括延时电容以及延时电阻。延时电容一端连接于第一输入端IN1，另一端接地。延时电阻则一端连接于第一输入端IN1，另一端连接于开关模块150和采样模块110之间。

检测模块110还包括第一分压元件124以及第二分压元件122。第一分压元件124连接于第二输入端IN1和采样模块110之间，第二分压元件122连接于第二输入端IN1和第一电源输入端VCC1之间。通过对第二分压元件122和第一分压元件124的调节，可以对第二输入端的输入电压进行调节，即对参考电压进行调节。在本实施例中通过对分压元件以及延时电路模块160的调整即可以实现对锂电池短路保护电路参数的调整，调整过程简便易行，实用性较强。在本实施例中，第一分压元件124、第二分压元件122均为分压电阻。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂电池短路保护电路，其特征在于，包括：采样模块、检测模块、保护模块、开关模块以及驱动模块； 

所述采样模块和所述开关模块串联于锂电池负极与负载负端之间；所述开关模块的控制端连接于所述驱动模块的输出端； 

所述检测模块包括第一输入端和第二输入端；所述采样模块并联于所述检测模块的第一输入端和第二输入端之间；所述检测模块的第一输入端与第二输入端沿流经所述采样模块的电流方向依次分布；所述第二输入端还与第一电源输入端连接；所述检测模块的输出端与所述控制单元连接； 

所述保护模块包括控制单元、第一开关单元、第二开关单元以及反馈单元；所述第一开关单元的控制端与所述检测模块的输出端连接，所述第一开关单元的输入端与所述驱动模块的控制端连接，所述第一开关单元的输出端接地；所述驱动模块的控制端还与所述控制单元连接；所述检测模块用于根据所述第一输入端和所述第二输入端的电压值输出相应的控制信号，控制所述第一开关单元的导通或截止，进而通过所述驱动模块控制所述开关模块的截止或导通；所述第二开关单元的控制端连接于所述控制单元，所述第二开关单元的输入端与所述检测模块的输出端连接，所述第二开关单元的输出端接地；所述第二开关单元在接收到所述控制单元输出的控制信号时导通，进而控制所述第一开关单元截止；所述反馈单元一端连接于所述检测模块的输出端，另一端连接于所述检测模块的第一输入端，用于维持所述检测模块的输出。 

2.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述反馈单元包括第一电阻和第一二极管；所述第一电阻一端连接于所述检测模块的输出端，另一端与所述第一二极管的正极连接；所述第一二极管的负极连接于所述检测模块的第一输入端。 

3.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述保护模块还包括第三开关单元，用于在负载短路且电流较小时控制所述检测模块输出控制信号，控制所述第一开关单元导通，进而通过所述驱动模块控制所述开关模块的截止。 

4.根据权利要求3所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述第三开关单元包括开关管、第二二极管、第二电阻以及第三电阻；所述开关管的控制端连接所述第二二极管的正极；所述第二二极管的负极与负载正端连接；所述开关管的输入端连接第一电源输入端；所述开关管的输入端和控制端之间并联第二电阻，所述开关管的输出端串联第三电阻后连接于所述检测模块的第一输入端。 

5.根据权利要求4所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述开关管为PMOS管或PNP型三极管。 

6.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述第一开关单元和所述第二开关单元为MOS管或者三极管，所述开关模块则为NMOS管。 

7.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述控制单元为单片机。 

8.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述检测模块包括一集成运算放大器，所述第一输入端为所述集成运算放大器的同相输入端，所述第二输入端为所述集成运算放大器的反相输入端。 

9.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，还包括延时电路模块，包括延时电容和延时电阻，所述延时电容一端连接于所述检测模块的第一输入端，另一端接地；所述延时电阻一端连接于所述第一输入端，另一端连接于所述开关模块和所述采样模块之间。 

10.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路，其特征在于，所述检测模块还包括第一分压元件和第二分压元件；所述第一分压元件连接于所述第二输入端和所述采样模块之间；所述第二分压元件连接于所述第二输入端和所述第一电源输入端之间。