CN211127212U - 基于锂电池供电的光放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于锂电池供电的光放大器，包括EDFA、供电***、锂电池保护电路、监控***和液晶显示器，EDFA分别与供电***、监控***、液晶显示器连接，锂电池保护电路连接供电***；解决了停电时无法持续供电、锂电池容易烧坏和管理维护不容易的问题。

Description

基于锂电池供电的光放大器

技术领域

本实用新型涉及锂电池供电领域，特别是涉及基于锂电池供电的光放大器。

背景技术

一台光放大器承载约2000个用户，通常会跨供电分区，光放大器所在区域停电，所覆盖的用户区域不停电，会造成所辖用户信号中断，用户不能收看电视。而小城市及农村停电问题突出，实用传统的UPS电源，效率较低费用较高。

为此，有线电视光传输急需可以克服停电问题的“不停电光放”设计。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了基于锂电池供电的光放大器，解决了停电时无法持续供电、锂电池容易烧坏和管理维护不容易的问题。

本实用新型采用的技术方案是：基于锂电池供电的光放大器，包括EDFA、供电***、锂电池保护电路、监控***和液晶显示器，EDFA分别与供电***、监控***、液晶显示器连接，锂电池保护电路连接供电***。

优选地，供电***包括AC转DC模块、转换器、备用电源、DC转DC模块、锂电池、电阻、三极管、二极管、滑动变阻器和稳压管；锂电池的正极分别连接LED灯的负极和三极管Q2的集电极，LED的正极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接三极管Q1的集电极、电阻R4的一端和电阻R1的一端，三极管Q1的基极分别连接稳压管TL431的负极和电阻R1的另一端，锂电池的负极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接滑动变阻器W2的一端，滑动变阻器W2的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极分别连接滑动变阻器W1的一端和三极管Q1的发射极，滑动变阻器W1的滑动端连接稳压管TL431的正极，电阻R2的另一端、滑动变阻器W1的另一端、稳压管TL431的正极均接地，电阻R4的另一端连接电源的正极，电源的负极连接地，AC转DC模块连接DC转DC模块，DC转DC模块连接电源，备用电源连接转换器。

优选地，监控***连接液晶显示器，用于显示实时的状态。

优选地，锂电池保护电路包括芯片R5421，芯片R5421的第1引脚连接MOSFET管V1的栅极，MOSFET管V1的源极连接二极管VD1的正极，二极管VD1的负极连接MOSFET管V1漏极，芯片R5421的第2引脚分别连接电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端和电容C2的另一端均连接负极，芯片R5421的第3引脚连接MOSFET管V2的栅极，MOSFET管V2的源极连接二极管VD2的正极，二极管VD2的负极连接MOSFET管V1漏极，芯片R5421的第4引脚连接电容C3的一端，C3的另一端连接负极，芯片R5421的第5引脚分别连接电容C1的一端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电源的正极和保险丝FA1的一端，保险丝FA1的另一端连接锂电池的正极，锂电池的负极连接负极，芯片R5421的第6引脚连接负极。

本实用新型基于锂电池供电的光放大器的有益效果如下：

1.设计了锂电池保护电路，可以实现过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能。

2.设计了监控***和液晶显示器，可以对锂电池的实时状态进行观察控制。

3.设计了供电***，当光放大器供电不够时可以利用替换电源进行充电，同时，本实用的供电***制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池。

附图说明

图1为本实用新型基于锂电池供电的光放大器的总框图。

图2为本实用新型基于锂电池供电的光放大器的供电***电路图。

图3为本实用新型基于锂电池供电的光放大器的锂电池保护电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，基于锂电池供电的光放大器，包括EDFA、供电***、锂电池保护电路、监控***和液晶显示器，EDFA分别与供电***、监控***、液晶显示器连接，锂电池保护电路连接供电***。

供电模块对EDFA供电同时对锂电池供电，当供电不够时，可以利用备用电源充电，同时监控***、液晶显示器对其进行实时监控。

如图2所示，本实施方案的供电***包括AC转DC模块、转换器、备用电源、DC转DC模块、锂电池、电阻、三极管、二极管、滑动变阻器和稳压管；锂电池的正极分别连接LED灯的负极和三极管Q2的集电极，LED的正极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端分别连接三极管Q1的集电极、电阻R4的一端和电阻R1的一端，三极管Q1的基极分别连接稳压管TL431的负极和电阻R1的另一端，锂电池的负极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接滑动变阻器W2的一端，滑动变阻器W2的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极分别连接滑动变阻器W1的一端和三极管Q1的发射极，滑动变阻器W1的滑动端连接稳压管TL431的正极，电阻R2的另一端、滑动变阻器W1的另一端、稳压管TL431的正极均接地，电阻R4的另一端连接电源的正极，电源的负极连接地，AC转DC模块连接DC转DC模块，DC转DC模块连接电源，备用电源连接转换器。

本实施方案在实施时，采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1至2小时。使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W2可以对充电电流进行大范围调节，当电不够时，可以将转换器转换到备用电源，继续充电。

本实施方案的监控***连接液晶显示器，用于显示实时的状态。

如图3所示，本实施方案的锂电池保护电路包括芯片R5421，芯片R5421的第1引脚连接MOSFET管V1的栅极，MOSFET管V1的源极连接二极管VD1的正极，二极管VD1的负极连接MOSFET管V1漏极，芯片R5421的第2引脚分别连接电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端和电容C2的另一端均连接负极，芯片R5421的第3引脚连接MOSFET管V2的栅极，MOSFET管V2的源极连接二极管VD2的正极，二极管VD2的负极连接MOSFET管V1漏极，芯片R5421的第4引脚连接电容C3的一端，C3的另一端连接负极，芯片R5421的第5引脚分别连接电容C1的一端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电源的正极和保险丝FA1的一端，保险丝FA1的另一端连接锂电池的正极，锂电池的负极连接负极，芯片R5421的第6引脚连接负极。

本实施方案在实施时，该锂电池保护回路由两个MOSFET(V1、V2)和一个控制IC(N1)外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C3为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如下：

1.正常状态

在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。

此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。

2.过充电保护

锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。

电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。

在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.28V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。

在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为1秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

3.过放电保护

电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。

在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。

由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到电池电压低于2.3V至发出关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为100毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

4.过电流保护

由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C(C＝电池容量/小时)，当电池超过2C电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。

电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值U＝I*RDS*2,RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使U>0.1V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。

在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常为13毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值，还取决于MOSFET的导通阻抗，当MOSFET导通阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小。

5.短路保护

电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U>0.9V(该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值)时，控制IC则判断为负载短路，其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不一样。

Claims (4)

1.基于锂电池供电的光放大器，其特征在于，包括EDFA、供电***、锂电池保护电路、监控***和液晶显示器，所述EDFA分别与供电***、监控***、液晶显示器连接，所述锂电池保护电路连接供电***。

2.根据权利要求1所述的基于锂电池供电的光放大器，其特征在于，所述供电***包括AC转DC模块、转换器、备用电源、DC转DC模块、锂电池、电阻、三极管、二极管、滑动变阻器和稳压管；所述锂电池的正极分别连接LED灯的负极和三极管Q2的集电极，所述LED的正极连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接三极管Q3的集电极，所述三极管Q3的基极连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端分别连接三极管Q1的集电极、电阻R4的一端和电阻R1的一端，所述三极管Q1的基极分别连接稳压管TL431的负极和电阻R1的另一端，所述锂电池的负极连接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接滑动变阻器W2的一端，所述滑动变阻器W2的另一端连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极分别连接滑动变阻器W1的一端和三极管Q1的发射极，所述滑动变阻器W1的滑动端连接稳压管TL431的正极，所述电阻R2的另一端、滑动变阻器W1的另一端、稳压管TL431的正极均接地，所述电阻R4的另一端连接电源的正极，所述电源的负极连接地，所述AC转DC模块连接DC转DC模块，所述DC转DC模块连接电源，所述备用电源连接转换器。

3.根据权利要求1所述的基于锂电池供电的光放大器，其特征在于，所述监控***连接液晶显示器，用于显示实时的状态。

4.根据权利要求1所述的基于锂电池供电的光放大器，其特征在于，所述锂电池保护电路包括芯片R5421，所述芯片R5421的第1引脚连接MOSFET管V1的栅极，所述MOSFET管V1的源极连接二极管VD1的正极，所述二极管VD1的负极连接MOSFET管V1漏极，所述芯片R5421的第2引脚分别连接电阻R2的一端和电容C2的一端，所述电阻R2的另一端和电容C2的另一端均连接负极，所述芯片R5421的第3引脚连接MOSFET管V2的栅极，所述MOSFET管V2的源极连接二极管VD2的正极，所述二极管VD2的负极连接MOSFET管V1漏极，所述芯片R5421的第4引脚连接电容C3的一端，所述C3的另一端连接负极，所述芯片R5421的第5引脚分别连接电容C1的一端和电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接电源的正极和保险丝FA1的一端，所述保险丝FA1的另一端连接锂电池的正极，所述锂电池的负极连接负极，所述芯片R5421的第6引脚连接负极。

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