CN211456677U

CN211456677U - 一种蓄电池欠压保护电路

Info

Publication number: CN211456677U
Application number: CN202020139090.3U
Authority: CN
Inventors: 常洪波; 谭业超; 李明明; 张立磊
Original assignee: Yantai Chungway New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Yantai Chungway New Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2030-01-21

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池欠压保护电路，包括第一阈值Vl设定及电压采样单元、第二阈值Vh设定单元，第一基准电压单元、第一比较器、输出单元和工作电源；第一阈值Vl设定及电压采样单元用于设定第一阈值Vl及采样输入电压Vi；第一阈值Vl设定及电压采样单元和第一基准电压单元分别电连接第一比较器的两个输入端；第二阈值Vh设定单元用于设定第二阈值Vh，第二阈值Vh设定单元为串联在一起的反馈电阻与二极管；第一比较器的输出端与输出单元的输入端电连接；输出单元负责控制蓄电池与负载之间电连接的通断；工作电源为第一比较器、输出单元供电。由此，本实用新型的电路在蓄电池回压很快的情况下，仍能够对蓄电池进行保护，防止控制电路误动作。

Description

一种蓄电池欠压保护电路

技术领域

本实用新型涉及蓄电池领域，尤其涉及一种蓄电池欠压保护电路。

背景技术

为了确保设备的安全运行，蓄电池作为备用电源，已经广泛应用到各个领域，比如在储能电站消防设备UPS***中。蓄电池可以在各种原因导致的主电源失电后，备用电源可以确保消防设备的正常运行，维持***基本的功能。

因此，后备电源UPS***的可靠性至关重要，蓄电池本身的健康状态是其为***提供供电保护的根基，而蓄电池本身的过度放电会极大的损伤蓄电池本身的健康，严重影响蓄电池本身的寿命，为了防止蓄电池本身过度放电，需对蓄电池进行欠压保护。

现有技术一般是采用比较电路，设置一个低电压阈值，并持续监测蓄电池的放电电压，若蓄电池的放电电压低于设定的低电压阈值，则断开负载，避免蓄电池过度放电，然而由于蓄电池的电压在带着负载时跟空载时是不同的，当***检测到蓄电池带着负载欠压后，会断开负载，使蓄电池进入空载状态，而蓄电池在空载状态下回压特别快，往往很快就超过了设定的低电压阈值，致使***认为蓄电池目前又具有对外供电的能力，然后会恢复蓄电池对负载的供电，如此反复，导致蓄电池间断的、反复的过度放电，同时，反复短时间的供电断电，也会极大的影响后级设备的寿命。

更佳的方案是采用迟滞比较电路进行蓄电池欠压保护的，但是由于一般的迟滞比较电路的门限宽度，即Vh与Vl之间的差值很小，如图1所示的普通迟滞比较电路，在工作电压＝5V，Vref＝3V，R1＝2kΩ，R2＝200kΩ情况下，经计算，门限高电压Vh在3.03V，门限低电压Vl在2.98V，门限宽度ΔV＝Vh-Vl＝0.05V，门限宽度非常窄，难以在蓄电池快速回压的情况下进行抑制，也无法实现对蓄电池的可靠保护；且其门限高电压Vh与门限低电压Vl分别位于基准电压Vref的左右两侧，如图2所示，调节反馈电阻R2时，Vl和Vh会同时变化，具体的，R2增大时，ΔV变小，R2减小时，ΔV变大。

对于蓄电池欠压保护，我们需要设计在低于设定的Vl时，蓄电池停止放电，同时希望门限宽度能宽一些，即ΔV大一些，但是普通的迟滞比较电路，想调大ΔV，需要调小反馈电阻R2，而反馈电阻R2下调，门限低电压Vl也跟着下降，形成一个矛盾体，因此现有技术很难根据不同的电池负载情况，设置不同的门限高电压和门限低电压。

因此本领域急需一种能够更有效的保护蓄电池的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种蓄电池欠压保护电路。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种蓄电池欠压保护电路，包括：第一阈值Vl设定及电压采样单元、第二阈值Vh设定单元，第一基准电压单元、第一比较器、输出单元和工作电源；

所述第一阈值Vl设定及电压采样单元电连接所述第一比较器的正输入端，所述第一基准电压单元电连接所述第一比较器的负输入端；

所述第二阈值Vh设定单元用于设定第二阈值Vh；所述第二阈值Vh设定单元为串联在一起的可调电阻和二极管，所述第二阈值Vh设定单元的一端电连接所述第一比较器的正输入端，另一端电连接所述第一比较器的输出端；第二阈值Vh与第一阈值Vl的差值为ΔV；

所述第一基准电压单元用于提供第一基准电压Vref；

所述第一比较器的输出端与输出单元的输入端电连接；

所述输出单元负责控制蓄电池与负载之间电连接的通断；

所述工作电源为第一比较器、输出单元供电；

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：由于在第一比较器的正反馈回路上增加了二极管，使得当Vi大于Vref时，反馈回路截止，电路为基本的比较电路；在Vi小于Vref时，二极管导通，正反馈回路建立，第一比较器形成迟滞比较电路；通过上述改进，使得第一阈值Vl不再受反馈电阻RP2的影响，保持与Vref相等；RP2阻值的调节能影响第二阈值的设定，从而可以获得一个较宽的阈值迟滞区间ΔV；本电路适应于欠压状态下蓄电池的回电状态和趋势，在蓄电池回压很快的情况下，仍然能够对蓄电池进行保护，防止控制电路误动作。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

优选地，还包括报警电路单元，所述报警电路单元的一端连接工作电源，另一端连接第一比较器的输出端，所述报警电路单元用于对外提供报警信息。

采用上述进一步方案的有益效果是可以提示工作人员及时对蓄电池进行充电。

优选地，所述输出单元包括第二比较器及与第二比较器输出端电连接的MOS管，所述第二比较器的正输入端电连接第二基准电压单元，负输入端电连接第一比较器的输出端；

采用上述进一步方案的有益效果是：

1、所述第二比较器有电平转换作用，为MOS管提供工作电压；

2、可以降低总体的功耗，将报警装置设置在第一比较器输出端，可以选择低电压、低功耗的报警元件；

3、一般的集成比较器芯片同时包括至少2个比较器，如此设计也不会增加生产成本。

优选地，所述工作电源由蓄电池经降压模块降压后提供。

采用上述进一步方案的有益效果是无需单独为欠压保护电路提供单独的电源。

附图说明

图1是现有技术普通的迟滞比较电路原理图；

图2是现有技术普通的迟滞比较电路门限高、低电压与基准电压的关系图；

图3为本实用新型的蓄电池欠压保护电路的电路原理图；

图4为本实用新型的迟滞比较电路门限高、低电压与基准电压的关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

请参考图3所示，其为本实用新型的蓄电池欠压保护电路原理图。

所述蓄电池欠压保护电路包括由RP1和R15组成的第一阈值Vl设定及电压采样单元、RP2和二极管D2串联组成的第二阈值Vh设定单元，第一基准电压单元U3、第一比较器U2A、输出单元和工作电源VCC5V，

所述第一阈值Vl设定及电压采样单元由可调电阻RP1和电阻R15串联组成，可调电阻RP1与电阻R15的公共端电连接所述第一比较器的正输入端，可调电阻RP1的另一端连接蓄电池电压输出端，R15的另一端接地；所述第一基准电压单元U3电连接所述第一比较器U2A的负输入端；

所述第二阈值Vh设定单元用于设定第二阈值Vh；所述第二阈值Vh设定单元为串联在一起的可调电阻RP2和二极管D2，本例中，所述RP2的另一端电连接所述第一比较器U2A的正输入端，所述二极管的负极电连接所述第一比较器U2A的输出端；

第二阈值Vh与第一阈值Vl的差值为门限宽度ΔV；

所述第一基准电压单元U3用于提供第一基准电压Vref；

所述第一比较器的输出端与输出单元的输入端电连接；

所述输出单元负责控制蓄电池与负载之间电连接的通断；

所述工作电源VCC5V为第一比较器U2A、输出单元供电；

所述输出单元包括第二比较器U2B及与第二比较器输出端电连接的MOS管Q2，所述第二比较器的正输入端电连接第二基准电压单元，第二基准电压单元由串联在一起的R11和R16组成，R11和R16的公共端电连接第二比较器的正输入端，R11的另一端电连接工作电源VCC5V，所述R16的另一端接地，所述第二比较器U2B的负输入端电连接第一比较器U2A的输出端；所述MOS管Q2的G极经电阻R14电连接第二比较器U2B的输出端，所述MOS管的S极电连接蓄电池的电压输出端VIN，所述MOS管的D极电连接负载；所述MOS管的G极与S极之间连接有电阻R17。

所述第一比较器用于比较输入电压Vi是否大于第一阈值Vl，当输入电压Vi高于第一阈值Vl时，第一比较器U2A输出高电平，当输入电压Vi低于第一阈值Vl时，第一比较器U2A输出低电平。

当所述第一比较器U2A输出状态翻转后，输入电压Vi在第一阈值Vl附近有小于ΔV的变化时，第一比较器U2A输出状态保持不变。即当第一比较器U2A检测到输入电压Vi低于第一阈值Vl后，输出低电平，随后，当输入电压Vi在Vl和Vh之间波动时，第一比较器U2A的输出端保持低电平不变。当第一比较器U2A检测到输入电压Vi高于Vl+ΔV，也就是高于第二阈值Vh时，输出高电平，随后，当输入电压Vi在Vh和Vl之间波动时，第一比较器U2A的输出端保持高电平不变。

此电路中，第一比较器U2A及***元件组成了改进型迟滞比较器电路，主要是在反馈电阻RP2处串联了二极管D2。第二比较器U2B控制MOS管的通断。下面我们来分析第一比较器电路：

工作电压VCC5V＝5V

基准电压Vref＝3V

输入电压Vi为VIN经过分压后的第一比较器正输入端电压

输出电压Vo

设定蓄电池欠压保护电压为DC21V，当蓄电池放电时电压小于21V时，电路断开，蓄电池停止放电。

RP1取60K，R15取10K，当VIN＝21V时，Vi＝Vref＝3V；

RP2调到30K；

二极管D2压降为0.7V；

门限高电压Vh，门限低电压Vl，门限宽度ΔV＝Vh-Vl；

当Vi<Vref时，Vo输出低电平Vol＝0V，二极管D2导通；当Vi由低向高变化时，反馈电阻RP2起作用，可以求得门限高电压Vh：

通过R15的电流I15＝Vref/R15＝3/10K；

通过RP2的电流IRP2＝(Vref-VD2)/RP2＝(3-0.7)/30K；

通过RP1的电流IRP1＝I15+IPR2＝11.3/30K；

(Vh-Vref)/IRP1＝RP1；

(Vih-3)/(11.3/30K)＝60K；

Vih＝25.6V；

Vh＝[R15/(RP1+R15)]×Vih＝3.657V；

当Vi>Vref时，Vo输出高电平Voh＝5V，二极管D2截止，Vi由高向低变化时，反馈电阻RP2无电流通过，不起作用，可以求得门限低电压Vl：

I15＝Vref/R15＝3/10K

(Vil-Vref)/RP1＝I15

(Vil-3)/60K＝3/10K

Vil＝21V

Vl＝[R15/(RP1+R15)]*Vil＝3V＝Vref

门限宽度ΔV＝Vh-Vl＝3.657-3＝0.657V

如图4所示，本实施例中的门限低电压Vl与反馈电阻RP2无关，保持与Vref相等。

门限高电压Vh可通过调节RP2进行调节，当增大或减小RP2时，Vh变化，Vl不变。

这种改进型的迟滞比较器电路通过在反馈电路中增加二极管，利用二极管的单向导通性来固定Vl不受反馈电阻的影响。反馈电阻RP2则可根据蓄电池欠压保护后的回压情况进行调节或设置一个较宽的阈值满足绝大多数情况。

进一步地，还设置有报警电路单元，在工作电压VCC5V与第一比较器U2A的输出端之间设有串联在一起的蜂鸣器Beep及电阻R18，以及串联在一起的发光二极管D1及电阻R7，当第一比较器U2A输出端输出低电平时，蜂鸣器Beep鸣响，发光二极管D1发光，向外发出声光报警信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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保护范围之内。

Claims

1.一种蓄电池欠压保护电路，其特征在于，包括：第一阈值Vl设定及电压采样单元、第二阈值Vh设定单元，第一基准电压单元、第一比较器、输出单元和工作电源；

所述第一阈值Vl设定及电压采样单元用于设定第一阈值Vl及采样输入电压Vi；

所述第二阈值Vh设定单元用于设定第二阈值Vh；所述第二阈值Vh设定单元为串联在一起的可调电阻和二极管，所述第二阈值Vh设定单元的一端电连接所述第一比较器的正输入端，另一端电连接所述第一比较器的输出端；

所述第一基准电压单元用于提供第一基准电压Vref；

所述第一比较器的输出端与所述输出单元的输入端电连接；

所述输出单元负责控制蓄电池与负载之间电连接的通断；

所述工作电源为第一比较器、输出单元供电。

2.根据权利要求1所述的蓄电池欠压保护电路，其特征在于，还包括报警电路单元，所述报警电路单元的一端连接工作电源，另一端连接第一比较器的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电池欠压保护电路，其特征在于，所述输出单元包括第二比较器及MOS管，所述第二比较器的正输入端电连接第二基准电压单元，负输入端电连接所述第一比较器的输出端。

4.根据权利要求1或2所述的蓄电池欠压保护电路，其特征在于，所述工作电源由蓄电池经降压模块降压后提供。