CN216564603U - 一种保护电路和电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种保护电路和电子装置，该保护电路用于对电源设备进行保护，包括开关控制电路、切换电路、反接检测电路和倒灌检测电路；其中，反接检测电路用于对电源设备的输出端进行检测，并在输出端的正负极反接时输出相应信号；倒灌检测电路用于对电源设备的输出端的电压进行检测，并在检测到输出端的电压大于电源设备的电压时输出切换控制信号；而切换电路作为反接与倒灌检测的复用电路，具有两种连接状态，以用于在检测到反接时或倒灌时提供相应的放电回路；最后，由开关控制电路根据接收到反接检测电路或倒灌检测电路输出的信号来关断电源设备的输出。该保护电路可以同时实现输出端防反接和防电压倒灌功能。

Description

一种保护电路和电子装置

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种保护电路和电子装置。

背景技术

如汽车电池、移动电源等电源设备可以用于对电源输出端连接的相应设备进行充放电，但是在实际运用中，经常存在用户将输出端电源进行了反接，又或者有时用于连接负载的输出端电压会高于电源设备所提供的电压的情况，为了防止上述情形给电源设备造成损害，因此需要设置相应的防反接电路来防止电源反接，以及相应的防电压倒灌电路来防止负载端的高压倒灌到电源设备的电池侧。而目前的用于防反接和防电压倒灌往往都是采用两个独立的电路实现，比较繁琐，不利于设备的小型化设计等。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种保护电路和电子装置，以通过一个电路同时实现电源设备输出端的防反接及防电压倒灌功能。

第一方面，本申请实施例提供一种保护电路，用于对电源设备进行保护，所述保护电路包括开关控制电路、切换电路、反接检测电路和倒灌检测电路；

所述反接检测电路用于对所述电源设备的输出端进行检测，并在所述输出端的正负极反接时输出第一导通信号到所述开关控制电路；

所述倒灌检测电路用于对所述电源设备的输出端的电压进行检测，并在检测到所述输出端的电压大于所述电源设备的电压时，输出切换控制信号至所述切换电路；

所述切换电路具有第一连接状态和第二连接状态，所述切换电路用于在接收到所述切换控制信号时由所述第一连接状态切换至所述第二连接状态，并输出第二导通信号到所述开关控制电路；所述切换电路还用于在所述第一连接状态时导通所述输出端反接时的放电回路，并在所述第二连接状态时导通所述输出端倒灌时的放电回路；

所述开关控制电路用于在接收到所述第一导通信号或者所述第二导通信号时导通，输出关断信号至所述电源设备，以关断所述电源设备的输出。

第二方面，本申请实施例还提供一种电子装置，包括电源设备和上述的保护电路。

本申请的实施例具有如下有益效果：

本申请实施例的保护电路能够用于对如汽车电源设备等的输出保护，具体地，该保护电路包括开关控制电路、切换电路、反接检测电路和倒灌检测电路，其中，反接检测电路用于对电源设备的输出端进行检测，并在输出端的正负极反接时输出相应信号；倒灌检测电路用于对电源设备的输出端的电压进行检测，并在检测到输出端的电压大于电源设备的电压时输出切换控制信号；而切换电路作为反接与倒灌检测的复用电路，具有两种连接状态，以用于在检测到反接时或倒灌时提供相应的放电回路；最后，由开关控制电路根据接收到反接检测电路或倒灌检测电路输出的信号来关断电源设备的输出。该保护电路可以同时实现输出端的防反接和防电压倒灌功能，并且通过部分电路的复用，便于实现产品的小型化和轻便化设计等。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例的保护电路的一种结构示意图；

图2示出了本申请实施例的电源设备的开关电路的结构示意图；

图3示出了本申请实施例的保护电路的共用电路的结构示意图；

图4示出了本申请实施例的保护电路的倒灌检测电路的一种电路图；

图5示出了本申请实施例的包含保护电路的电源设备的一种电路图。

主要元件符号说明：

100-保护电路；110-反接检测电路；120-倒灌检测电路；130-切换电路；140-开关控制电路；121-电压检测单元；122-驱动放大单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

本申请实施例中，该保护电路通过在同一电路中同时实现防反接和防倒灌功能，可应用于电源设备充电以及放电的场合，实现电源设备输出端在出现反接或倒灌时的电路保护，从而防止对电源设备的内部造成不良影响等。此外，通过部分电路的复用，可以减少器件的使用，降低成本，还可以减小占用空间，便于产品的小型化设计等。其中，上述的电源设备可以是电池、电池包等具有电能输出功能的电源模块，也可以是包含了电源模块以及电压变换电路等辅助电路的设备。

请参照图1，为本申请实施例提供的保护电路100的一种结构示意图。示范性地，保护电路100包括反接检测电路110、倒灌检测电路120、切换电路130和开关控制电路140，其中，反接检测电路110和开关控制电路140连接，倒灌检测电路120连接切换电路130，切换电路130还与开关控制电路140连接，开关控制电路140用于连接电源设备，以控制电源设备的电压输出。

本实施例中，反接检测电路110主要用于对电源设备的输出端进行检测，并在该输出端的正负极反接时，输出第一导通信号到开关控制电路140。倒灌检测电路120主要用于对电源设备的输出端的电压进行检测，并在检测到该输出端的电压大于该电源设备的电压时，输出切换控制信号至切换电路130。切换电路130具有两个连接状态，分别是第一连接状态和第二连接状态，其中，切换电路130在第一连接状态时，将导通输出端反接时的放电回路，而在第二连接状态时，将导通输出端倒灌时的放电回路。此外，切换电路130还可用于在接收到倒灌检测电路120输出的切换控制信号时，由第一连接状态切换至第二连接状态，并输出第二导通信号到开关控制电路140。最后，开关控制电路140用于在接收到第一导通信号或者第二导通信号时导通，输出关断信号至电源设备，以关断电源设备的输出。因此，本实施例中的保护电路使得无论是输出端反接还是倒灌都会形成对应的放电回路，实现对电源设备的保护。

可以理解，上述的第一导通信号和第二导通信号中的“第一”和“第二”的描述仅仅是为了区分不同电路在不同情况下产生的不同导通信号。同样，切换电路130中的第一连接状态和第二连接状态，其中的“第一”和“第二”的描述仅仅是为了区分输出端反接时和输出端倒灌时的两个不同放电回路。在实际使用时，用户也可设置第一连接状态对应于输出端倒灌时的放电回路，而将第二连接状态对应于输出端反接时的放电回路，这里不作限定。进一步地，若上述两个连接状态和两个放电回路之间的对应关系发生改变，两个连接状态的切换控制逻辑可适应性调整。

为了更好地理解本申请实施例的保护电路100，这里先对电源设备中的开关管的结构进行简单说明。

如图1所示，示范性地，电源设备的输出端包括输出端正极OUT+和输出端负极OUT-，分别用于对接输出端连接的设备的正负极。输出端连接的设备可以为其他的电源设备，用于对保护电路所保护的电源设备进行充电，输出端连接的设备也可以是负载，由电源设备对其进行供电。通常地，为了实现输出控制，在电源设备的充放电回路上设置两个串联的开关管，两个开关管的其中一个为充电开关管，另一个为放电开关管，以实现对充放电过程的通断控制。可以理解，通过对两个开关管的同步导通或关断控制，可以实现输出端的充放电通路的导通或关断控制。

本实施例中，该电源设备包括电池模组以及设置于电池模组的充放电回路上的开关电路，示范性地，如图2所示，电池模组的正极与电源设备内部的如DC-DC或DC-AC等电压变换电路的正极连接，而电池模组的负极则与开关电路连接。例如，在一种实施方式中，该开关电路包括串联在充放电回路上的两个开关管，且保护电路的开关控制电路的输出端则连接至该两个开关管的控制端，此外还可包括用于提供开关管静态工作点的若干电阻等。具体地，这两个开关管分别为第一开关管Q11和第二开关管Q22，其中，第一开关管Q11和第二开关管Q22各自的源极互相连接，各自的漏极对应连接电源设备的内部电压负极和输出端负极OUT+，各自的栅极分别连接第六电阻R6和第八电阻R8的一端；而第七电阻R7的一端连接两个开关管的源极后接电源地，第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的另一端共同连接后作为驱动控制端，在连接电源设备的控制器输出的驱动电压的同时，还用于连接保护电路100中的开关控制电路140。其中，第一开关管Q11和第二开关管Q22可以采用参数相同的MOS管等。另外，上述的各个位置的电阻的数量并不仅限于一个，也可以是多个串并联设置，具体可根据其需要的阻值来选取，这里不作限定。

可以理解，当保护电路100未检测到输出端异常时，则由电源设备根据指令确定工作模式，正常驱动两个开关管的通断，以使得整个电源设备切换至相应工作模式。当检测到出现反接或倒灌时，将输出相应的关断信号到驱动控制端，以关断两个开关管，从而达到断开电源设备的充放电回路的目的。

下面对保护电路100中的各个组成部分的结构及工作过程进行说明。

请参照图3，示范性地，反接检测电路110可包括第一二极管D1和第二二极管D2，其中，第一二极管D1的阳极连接电源设备的输出端正极OUT+，第一二极管D1的阴极连接第二二极管的阴极，第二二极管D2的阳极连接输出端负极OUT-，第二二极管D2的阴极与电源设备的输出端负极OUT-连接。该第一二极管D1和第二二极管D2可以理解为是一个共阴极的二极管对管结构。

本实施例中，开关控制电路140可主要采用光电耦合器(简称光耦)等隔离器件来实现，尤其是在一些电源设备的输出电压较高的场合下，通过隔离器件既可以实现检测结果的反馈，又可以将高压放电区和低压控制区进行隔离，从而提高***的稳定性等。

在一种实施方式中，如图3所示，开关控制电路140可包括光耦U1、第一三极管Q1、第一限流电阻R11和第二限流电阻R22，具体地，光耦U1的发射端阳极(对应于图中U1的1端)连接到两个二极管的共阴极，光耦U1的发射端阴极(对应于图中U1的2端)经过第一限流电阻R11连接至切换电路130；光耦U1的接收端集电极(对应于图中U1的4端)经过第二限流电阻R22连接至第一三极管Q1的基极，接收端发射极(对应于图中U1的3端)连接地。第一三极管Q1的基极连接第二限流电阻R22，集电极连接地，发射极作为开关控制电路140的信号输出端，用于连接电源设备。可以理解，光耦U1用于在接收到上述的第一导通信号或者第二导通信号时导通，进而使第一三极管通过发射极输出对应的关断信号至电源设备，用于关断电源设备的放电通路中的开关管，达到关断输出目的。

本实施例中，切换电路130作为复用电路，其设置两种连接状态以分别导通对应电源设备的输出端出现反接或倒灌时的放电回路。在一种实施方式中，切换电路130主要通过继电器器件实现，其中，继电器包括线圈、触点公共端、常闭触点和常开触点，具体地，如图3所示，继电器RY的线圈的一端(对应于图中RY的1端)连接输出端正极OUT+，线圈的另一端(对应于图中RY的2端)连接至倒灌检测电路120的输出端；同时，继电器RY的触点公共端(对应于图中RY的3端)可通过第一限流电阻连接到光耦U1的发射端阴极，常闭触点(对应于图中RY的4端)连接输出端正极OUT+，常开触点(对应于图中RY的5端)连接输出端负极OUT-。

其中，上述的触点公共端连接至常闭触点时的状态可定义为上述的第一连接状态；而触点公共端连接至常开触点时的状态可定义为上述的第二连接状态，可以理解，这里仅是对两个连接状态的定义作一种示例说明，并不作为唯一限定。在线圈未通电时，假设此时触点公开端与常闭触点连接，待线圈通电后，将会触发触点公开端切换到与常开触点连接，从而实现两种连接状态的切换。例如，在本实施例中，倒灌检测电路120在检测到倒灌现象时，将产生一个切换控制信号至继电器RY的线圈，以使线圈通电，进而使切换电路130产生状态切换，即由第一连接状态切换至第二连接状态，并输出第二导通信号到开关控制电路140。

在一种实施方式中，如图4所示，倒灌检测电路120可包括电压检测单元121和驱动放大单元122，具体地，电压检测单元121分别连接电源设备的输出端和驱动放大单元122，而驱动放大单元122的驱动信号输出端作为倒灌检测电路120的信号输出端，连接至切换电路130。其中，电压检测单元121主要用于对输出端的电压进行采样，然后将采样到的电压与电源设备的电压比较，若判断出采样电压大于电源设备的电压，则产生一个用于指示电压发生倒灌的电压信号；进而，由驱动放大单元122对该电压信号进行信号放大后输出作为对应的切换控制信号输出至切换电路130，用于控制连接状态的切换。

如图4所示，电压检测单元121包括稳压器U2、第一电阻R1和第二电阻R2，具体地，稳压器U2的正极A连接输出端负极OUT-，其负极C连接驱动放大单元122，其参考极R连接第一电阻R1和第二电阻R2的串联节点；第一电阻R1和第二电阻R2各自的另一端分别连接输出端正极OUT+和输出端负极OUT-。其中，稳压器U2选用基准可调的稳压器件。

具体地，驱动放大单元122可包括第二三极管Q2、第三三极管Q3、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中，第二三极管Q2的基极分别连接第三电阻R3的一端和稳压器U2的负极，其发射极连接输出端正极OUT+，其集电极经过第四电阻R4连接至第三三极管Q3的基极；第三三极管Q3的基极连接第五电阻R5的一端，其发射极连接输出端负极OUT-，其集电极作为驱动信号输出端，用于输出上述的切换控制信号到继电器RY的线圈另一端，而第五电阻R5的另一端连接输出端负极OUT-。进一步可选地，该驱动放大单元122可包括稳压二极管ZD1，其中，稳压二极管ZD1的阳极连接输出端负极OUT-，其阴极连接第三三极管Q3的集电极。

可以理解，上述的具体电路结构仅为一种可行的示例，在实际运用中，可对该倒灌检测电路120的内部结构作一些适应性调整，只要能够实现对输出端的电压采样及电压比较，并在大于相应的电压值时能够发送相应的切换控制信号到切换电路130即可，这里不作具体限定。

为了更好地理解该保护电路100的工作过程，基于上述的保护电路100结构，如图5所示，下面分别对反接和倒灌的检测、以及如何保护进行具体说明。

在电源设备正常工作时，电源设备内部的电压变换电路的正极(以DC/DC输出为例)与电池模组的负极(对应于图5中的B-)之间会正常输出电压至输出端或者接收输出端输出的电压，由于二极管D1的阳极与继电器RY的常闭触点的电势相等，故反接检测电路110中的第一二极管D1以及第二二极管D2均不会导通，不会输出第一导通信号给光耦U1，光耦U1的发射端不会产生导通信号，进而光耦U1的接收端也不会导通，即开关控制电路140不会产生关断信号到两个开关管Q11和Q22的驱动控制端，此时的电源设备能够向外正常供电或者由外部正常对其进行充电。

若输出端发生正负极反接，由于此时负极的电压将会高于正极的电压，故输出端负极OUT-的电压将从依次通过二极管D2、光耦U1的发射端、第一限流电阻R11、继电器RY的触点公共端与常闭触点形成一回路；也即，反接检测电路110中的第二二极管D2导通，输出第一导通信号给光耦U1，光耦U1的接收端导通，由于第一三极管Q1的基极被拉低，故第一三极管Q1导通，此时两个开关管Q11和Q22的栅极电压被拉低，故两个开关管Q11和Q22均截止，从而关断电源设备的输出。

当输出端的电压高于电源设备内部的电压转换器输出的电压时，往往会出现倒灌现象，进而对电源电路造成损坏。于是，保护电路100中的可调基准稳压器U2、第一电阻R1和第二电阻R2构成电压检测电路，当输出端正极OUT+的电压高于电源设备的电压时，稳压器U2将导通，其C极电压被拉低到2.5V左右，故第二三极管Q2的集电极与基极电压被拉低，第二三极管Q2导通，然后第三三极管Q3的基极电压被拉高，第三三极管Q3导通，输出切换控制信号给继电器RY，此时继电器RY的线圈通电，继电器的触点公共端与常开触点连接，实现第一连接状态至第二连接状态的切换。于是，输出端OUT的电压通过二极管D1、光耦U1的发射端、第一限流电阻R11、继电器的触点公共端与和常开触点形成另一回路；此时，继电器RY给光耦U1输出第二导通信号，光耦U1的接收端导通，由于第一三极管Q1的基极被拉低，故第一三极管Q1导通，此时两个开关管Q11和Q22的栅极电压被拉低，故两个开关管Q11和Q22均截止，从而关断电源设备的输出。

可以理解，通过上述的保护电路100，可以在同一电路中既实现防反接保护，又可以实现防倒灌保护，电路简单，相比于现有的采用两个独立的保护电路100而言，该电路设计有利于实现产品的小型化和轻便化设计。

应当明白的是，本实施例的保护电路100可以是单独以封装的电路模块形式存在，也可以是作为电源设备的一部分，即设置在电源设备的内部，具体可设置在电源电压的输出位置等，这里不作限定。

本申请还提出一种电子装置，该电子装置可以为储能装置，也可以为具有电源设备的用电装置，比如各种家用电器、汽车等。示范性地，该电子装置将包括电源设备和上述实施例中的保护电路100。例如，可将该保护电路100集成于电源设备内。其中，该电源设备包括有电池模组以及设置于电池模组的充放电回路上的开关电路，在一种实施方式中，参见上述图2，该开关电路包括串联在充放电回路上的第一开关管和第二开关管；保护电路的开关控制电路的输出端连接至第一开关管和第二开关管的控制端。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，用于对电源设备进行保护，所述保护电路包括开关控制电路、切换电路、反接检测电路和倒灌检测电路；

所述反接检测电路用于对所述电源设备的输出端进行检测，并在所述输出端的正负极反接时输出第一导通信号到所述开关控制电路；

所述倒灌检测电路用于对所述电源设备的输出端的电压进行检测，并在检测到所述输出端的电压大于所述电源设备的电压时，输出切换控制信号至所述切换电路；

所述切换电路具有第一连接状态和第二连接状态，所述切换电路用于在接收到所述切换控制信号时由所述第一连接状态切换至所述第二连接状态，并输出第二导通信号到所述开关控制电路；所述切换电路还用于在所述第一连接状态时导通所述输出端反接时的放电回路，并在所述第二连接状态时导通所述输出端倒灌时的放电回路；

所述开关控制电路用于在接收到所述第一导通信号或者所述第二导通信号时导通，输出关断信号至所述电源设备，以关断所述电源设备的输出。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述反接检测电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极连接所述电源设备的输出端正极，所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的负极作为所述反接检测电路的输出端与所述开关控制电路连接；所述第二二极管的正极与所述电源设备的输出端负极连接。

3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述开关控制电路包括光耦、第一三极管、第一限流电阻和第二限流电阻；

所述光耦的发射端阳极连接所述反接检测电路，发射端阴极经过所述第一限流电阻连接至所述切换电路；所述光耦的接收端集电极经过所述第二限流电阻连接至所述第一三极管的基极，接收端发射极连接地；

所述第一三极管的集电极连接地，发射极作为所述开关控制电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述切换电路包括继电器，所述继电器包括线圈、触点公共端、常闭触点和常开触点；

所述线圈的一端连接所述输出端正极，所述线圈的另一端连接至所述倒灌检测电路的输出端，所述触点公共端连接所述第一限流电阻，所述常闭触点连接所述电源设备的输出端正极，所述常开触点连接所述电源设备的输出端负极；

所述第一连接状态为所述触点公共端连接至所述常闭触点时的状态，所述第二连接状态为所述触点公共端连接至所述常开触点时的状态。

5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述倒灌检测电路包括电压检测单元和驱动放大单元，所述电压检测单元与所述驱动放大单元连接；所述电压检测单元用于对所述电源设备的输出端电压进行检测并在所述输出端电压超过预设电压值时输出电压信号，所述驱动放大单元用于对所述电压信号进行放大后作为所述切换控制信号输出至所述切换电路。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述电压检测单元包括稳压器、第一电阻和第二电阻，所述稳压器的正极连接所述电源设备的输出端负极，所述稳压器的负极连接所述驱动放大单元，所述稳压器的参考极连接所述第一电阻和所述第二电阻的串联节点；

所述第一电阻和所述第二电阻串联在所述输出端正极和所述输出端负极之间。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述驱动放大单元包括第二三极管、第三三极管、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述第二三极管的基极分别连接所述第三电阻的一端和所述稳压器的负极，发射极连接所述输出端正极，集电极经过所述第四电阻连接至所述第三三极管的基极；

所述第三三极管的基极连接所述第五电阻的一端，发射极连接所述输出端负极，集电极作为所述切换控制信号的输出端；

所述第五电阻的另一端连接所述输出端负极。

8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述驱动放大单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接所述输出端负极，阴极连接所述第三三极管的集电极。

9.一种电子装置，其特征在于，包括电源设备和如权利要求1至8任一项所述的保护电路。

10.根据权利要求9所述的电子装置，其特征在于，所述电源设备包括电池模组以及设置于所述电池模组的充放电回路上的开关电路；所述开关电路包括串联在所述充放电回路上的第一开关管和第二开关管；所述保护电路的开关控制电路的输出端连接至所述第一开关管和所述第二开关管的控制端。

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