CN214590715U - 充电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充电保护电路，用于保护水下机器人的电池和充电插头，充电插头包含充电正极、充电使能、地保护引脚。充电保护电路包含：依次连接在充电插头和电池之间的过压过流保护模块和防倒灌模块。过压过流保护模块包含串联的过流保护电路和过压保护电路。过流保护电路的输入端与充电正极相连，输出端与防倒灌模块的输入端相连；防倒灌模块的输出端与电池正极相连。本实用新型通过过流、两级过压防护，可避免电池因充电电流过大或电压过大而烧毁；同时，通过防倒灌电路的设计，可有效避免电池电流倒灌而损坏充电插头和电池，还可以防止充电插头反接和电池的充电口反接带来的危害，进而实现充电电路的防倒灌、防反接的双向保护功能。

Description

充电保护电路

技术领域

本实用新型涉及充电保护技术领域，特别涉及一种充电保护电路。

背景技术

现有技术中，水下机器人内置蓄电池可直接通过外置充电接口充电。该技术在充电操作不规范或充电接口机械失效情况下，可能会产生充电电流过大、充电电压过大甚至电池电能倒灌充电接口等问题，严重时将导致电池损坏、充电口损坏甚至水下机器人整体损坏。

实用新型内容

根据本实用新型实施例，提供了一种充电保护电路，用于保护水下机器人的电池和充电插头，充电插头包含充电正极引脚、充电使能引脚、地保护引脚。

充电保护电路包含：依次连接在充电插头和电池之间的过压过流保护模块和防倒灌模块。

过压过流保护模块包含串联的过流保护电路和过压保护电路，过流保护电路的输入端与充电插头的充电正极引脚相连，过压保护电路的输出端与防倒灌模块的输入端相连；

防倒灌模块的输出端与电池的正极相连。

进一步，过流保护电路为保险丝。

进一步，过压保护电路包含：相互串联的一级过压保护电路和二级过压保护电路，一级过压保护电路的输入端与过流保护电路的输出端相连，二级过压保护电路的输入端与一级过压保护电路的输出端相连，二级过压保护电路的输出端与防倒灌模块的输入端相连。

进一步，一级过压保护电路包含：并联的第一压敏电阻和第一TVS二极管，第一压敏电阻和第一TVS二极管的两端分别接地和与过流保护电路的输出端相连。

进一步，二级过压保护电路包含混联的电感、第二压敏电阻和第二TVS二极管，第二压敏电阻和第二TVS二极管并联后与电感串联，电感的输入端与一级过压保护电路的输出端相连，电感的输出端与第二压敏电阻和第二TVS二极管的一端相连，第二压敏电阻和第二TVS二极管的另一端接地，电感的输出端为二级过压保护电路的输出端，也为过压保护电路的输出端。

进一步，防倒灌模块包含：三极管、第一MOS管、第二MOS管、分压电路、第一门限电阻和第二门限电阻；

三极管的基极通过分压电路与充电插头的充电使能引脚相连，三极管的集电极与第一MOS管的栅极相连，三极管的集电极通过第一门限电阻分别与第一MOS管以及第二MOS管的源极相连，以及，通过第二门限电阻与第二MOS管的栅极相连；

第一MOS管的源极与第二MOS管的源极相连，第一MOS管的漏极与过压保护电路的输出端相连，第二MOS管的漏极与电池的正极相连。

进一步，第一MOS管和第二MOS管为低内阻PMOS管。

进一步，三极管的截止区内阻大于第一门限电阻的阻值。

进一步，第一门限电阻和第二门限电阻的阻值相等。

进一步，还包含：充电指示模块，充电指示模块包含串联的电压标定电阻和发光二极管，电压标定电阻的两端分别连接发光二极管的正极和过压保护电路的输出端，发光二极管的负极接地。

根据本实用新型实施例的充电保护电路，通过过流、两级过压防护，可避免电池因充电电流过大或电压过大而烧毁；同时，通过防倒灌电路的设计，可有效避免电池电流倒灌而损坏充电插头和电池，还可以防止充电插头反接和电池的充电口反接带来的危害，进而实现充电电路的防倒灌、防反接的双向保护功能。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例充电保护电路的电路原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本实用新型的优选实施例，对本实用新型做进一步阐述。

首先，将结合图1描述根据本实用新型实施例的充电保护电路，用于对水下机器人进行充电保护，既保护水下机器人的电池，也保护其充电插头。

如图1所示，本实用新型实施例的充电保护电路，具有依次连接在充电插头CN1和电池CN2之间的过压过流保护模块1和防倒灌模块2，充电插头CN1包含充电正极引脚、充电使能引脚、地保护引脚；其中，过压过流保护模块1包含串联的过流保护电路11和过压保护电路12，过流保护电路11的输入端与充电插头CN1的充电正极引脚相连，过压保护电路12的输出端与防倒灌模块2的输入端相连；防倒灌模块2的输出端与电池CN2的正极相连。

具体地，如图1所示，过流保护电路11选用保险丝F，保险丝F串联在充电插头CN1与过压保护电路12之间，能够快速、有效切断过流，成本低廉、性能可靠，防止过流侵袭充电插头CN1、过压保护电路12、防倒灌模块2以及电池CN2。

具体地，如图1所示，过压保护电路12包含：相互串联的一级过压保护电路121和二级过压保护电路122，一级过压保护电路121的输入端与过流保护电路11的输出端相连，二级过压保护电路122的输入端与一级过压保护电路121的输出端相连，二级过压保护电路122的输出端与防倒灌模块2的输入端相连。

进一步，如图1所示，一级过压保护电路121包含：并联的第一压敏电阻R1和第一TVS二极管D1，第一压敏电阻R1和第一TVS二极管D1的两端分别接地和与过流保护电路11的输出端即保险丝F相连。

进一步，如图1所示，二级过压保护电路122包含混联的电感L、第二压敏电阻R2和第二TVS二极管D2，第二压敏电阻R2和第二TVS二极管D2并联后与电感L串联。其中，电感L的输入端与一级过压保护电路121的输出端相连，电感L的输出端与并联的第二压敏电阻R2和第二TVS二极管D2的一端相连，第二压敏电阻R2和第二TVS二极管D2的另一端接地，电感L的输出端为二级过压保护电路122的输出端，也即为过压保护电路12的输出端。在本实施例中，第一TVS二极管D1和第二TVS二极管D2都选用双极型TVS二极管，即瞬态电压抑制二极管（Transient voltage suppression diode，TVS二极管）。

进一步，如图1所示，防倒灌模块2包含：三极管Q1、第一MOS管Q2、第二MOS管Q3、分压电路、第一门限电阻R5和第二门限电阻R6。

其中，如图1所示，三极管Q1的基极通过分压电路与充电插头CN1的充电使能引脚相连，分压电路为串联的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，第一分压电阻R3与过压保护电路12的输出端相连，第二分压电阻R4的一端接地，三极管Q1的基极与第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的连接端相连，根据不同的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的阻值配置，可以调整充电使能电压；三极管Q1的集电极与第一MOS管Q2的栅极相连，三极管Q1的集电极通过第一门限电阻R5分别与第一MOS管Q2以及第二MOS管Q3的源极相连，以及，通过第二门限电阻R6与第二MOS管Q3的栅极相连。在本实施例中，第一门限电阻R5和第二门限电阻R6的阻值相近，优选地，选用相同阻值。

如图1所示，第一MOS管Q2的源极与第二MOS管Q3的源极相连，第一MOS管Q2的漏极与过压保护电路12的输出端相连，第二MOS管Q3的漏极与电池CN2的正极相连。

进一步，如图1所示，在本实施例中，第一MOS管Q2和第二MOS管Q3选用低内阻PMOS管，三极管Q1选用NPN型三极管，进一步，三极管Q1的截止区内阻远大于第一门限电阻R5的阻值。

进一步，如图1所示，本实用新型实施例的充电保护电路还包含：充电指示模块3，充电指示模块3连接在过压过流保护模块1和防倒灌模块2之间，用于充电指示，同时还受过压过流保护模块1的过流和过压防护，以及受防倒灌模块2防倒灌防护。具体地，如图1所示，充电指示模块3包含串联的电压标定电阻R7和发光二极管LED，电压标定电阻R7的两端分别连接发光二极管LED的正极和过压保护电路12的输出端，发光二极管LED的负极接地。

当有过流产生时，保险丝F动作，切断过流；当有较小过压产生时，一级过压保护电路121的第一压敏电阻R1和第一TVS二极管D1的内阻急剧减小，泄放过高电压能量，阻止其向后传递；当有较大过压产生时，二级过压保护电路122的电感L无法拉低电压至合理范围，无法起到扼流作用，因而第二压敏电阻R2和第二TVS二极管D2动作，进一步泄放过高能量；当电压能量过于巨大时，作用于第一压敏电阻R1和第二压敏电阻R2上的巨大电流将会超过保险丝F所能承受的范围，保险丝F动作，将整体切断实现保护。

当防倒灌模块2有正向电压输入时，第一MOS管Q2的体二极管优先导通，分压电路分压使三极管Q1导通，进而使第一MOS管Q2彻底导通。此时，三极管Q1、第一门限电阻R5和第二门限电阻R6共同拉低第二MOS管Q3的门极电压，第二MOS管Q3导通，实现常规充电。这个过程中，电阻与三极管上的流过的电流极小可忽略不计，而第一MOS管Q2和第二MOS管Q3为低内阻MOS管，此时内阻也非常低，从而实现了该电路正常使用时能量损耗较小的需求。

当防倒灌模块2没有电压输入时，第二MOS管Q3的体二极管导通，使第一MOS管Q2的源极接电，但分压电路使三极管Q1截止，由于三极管Q1的内阻远大于第一门限电阻R5，第一MOS管Q2截止，电流无法外流，从而实现防止电流向充电接头倒灌的功能。

当充电插头CN1或电池CN2的充电口接反时，防倒灌模块2接入电压反向，第一MOS管Q2的体二极管截止，第一MOS管Q2的门极电压高于漏极和源极，第一MOS管Q2无法导通，充电插头CN1与电池CN2之间断路，从而实现充电插头CN1与电池CN2的充电口防反接保护功能。

以上，参照图1描述了根据本实用新型实施例的充电保护电路，通过过流、两级过压防护，可避免电池因充电电流过大或电压过大而烧毁；同时，通过防倒灌电路的设计，可有效避免电池电流倒灌而损坏充电插头和电池，还可以防止充电插头反接和电池的充电口反接带来的危害，进而实现充电电路的防倒灌、防反接的双向保护功能。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种充电保护电路，用于保护水下机器人的电池和充电插头，所述充电插头包含充电正极引脚、充电使能引脚、地保护引脚；

所述充电保护电路，其特征在于，包含：依次连接在所述充电插头和所述电池之间的过压过流保护模块和防倒灌模块；

所述过压过流保护模块包含串联的过流保护电路和过压保护电路，所述过流保护电路的输入端与所述充电插头的充电正极引脚相连，所述过压保护电路的输出端与所述防倒灌模块的输入端相连；

所述防倒灌模块的输出端与所述电池的正极相连。

2.如权利要求1所述充电保护电路，其特征在于，所述过流保护电路为保险丝。

3.如权利要求1所述充电保护电路，其特征在于，所述过压保护电路包含：相互串联的一级过压保护电路和二级过压保护电路，所述一级过压保护电路的输入端与所述过流保护电路的输出端相连，所述二级过压保护电路的输入端与所述一级过压保护电路的输出端相连，所述二级过压保护电路的输出端与所述防倒灌模块的输入端相连。

4.如权利要求3所述充电保护电路，其特征在于，所述一级过压保护电路包含：并联的第一压敏电阻和第一TVS二极管，所述第一压敏电阻和第一TVS二极管的两端分别接地和与所述过流保护电路的输出端相连。

5.如权利要求3所述充电保护电路，其特征在于，所述二级过压保护电路包含混联的电感、第二压敏电阻和第二TVS二极管，所述第二压敏电阻和第二TVS二极管并联后与所述电感串联，所述电感的输入端与所述一级过压保护电路的输出端相连，所述电感的输出端与第二压敏电阻和第二TVS二极管的一端相连，所述第二压敏电阻和第二TVS二极管的另一端接地，所述电感的输出端为所述二级过压保护电路的输出端，也为所述过压保护电路的输出端。

6.如权利要求1所述充电保护电路，其特征在于，所述防倒灌模块包含：三极管、第一MOS管、第二MOS管、分压电路、第一门限电阻和第二门限电阻；

所述三极管的基极通过所述分压电路与所述充电插头的充电使能引脚相连，所述三极管的集电极与所述第一MOS管的栅极相连，所述三极管的集电极通过第一门限电阻分别与所述第一MOS管以及第二MOS管的源极相连，以及，通过第二门限电阻与所述第二MOS管的栅极相连；

所述第一MOS管的源极与所述第二MOS管的源极相连，所述第一MOS管的漏极与所述过压保护电路的输出端相连，所述第二MOS管的漏极与所述电池的正极相连。

7.如权利要求6所述充电保护电路，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管为低内阻PMOS管。

8.如权利要求6所述充电保护电路，其特征在于，所述三极管的截止区内阻大于所述第一门限电阻的阻值。

9.如权利要求6所述充电保护电路，其特征在于，所述第一门限电阻和第二门限电阻的阻值相等。

10.如权利要求1所述充电保护电路，其特征在于，还包含：充电指示模块，所述充电指示模块包含串联的电压标定电阻和发光二极管，电压标定电阻的两端分别连接所述发光二极管的正极和所述过压保护电路的输出端，所述发光二极管的负极接地。

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