CN219477618U - 一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体公开了一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，包括激活端口、按键、电池包正极输出端、IC输出端、一级开关单元、二级开关单元、三级开关单元和放电MOS；激活端口连接按键的第一端和一级开关单元的受控端，按键的第二端连接电池包正极输出端；一级开关单元的第一端接地，第一开关单元的第二端连接电池包正极输出端和二级开关单元的受控端；二级开关单元的第一端接地，二级开关单元的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端；三级开关单元的第一端接地，三级开关单元的第二端连接IC输出端和放电MOS；本实用新型能够通过纯硬件方式控制电池包输出的通断，使与之对接的工具无需考虑低功耗问题，简化***软件。

Description

一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路。

背景技术

目前，市面上多节锂电池组得到了广泛应用，在很多应用中，都是采用纯硬件方案对电池组电芯进行充放电管理及保护。

在市面上常见的硬件保护方案中，电池包整体输出电压一直是持续的，在与之对接的工具的正常使用时，电池包一直是装配状态，这就需要整个***进行睡眠低功耗处理，否则电池包电量很快就会耗尽，如结合程序处理，则会导致***软件较为复杂且可靠性不高。

如图1所示，是常见的纯硬件电池包保护方案，当电池包正常时，DO脚持续输出高电平，使得放电MOS一直处于导通状态，电池包持续给外部供电。此类方案电池包用于整机工具时，***需做低功耗睡眠处理，不然耗电太快极容易导致电池包不耐用，而且寿命低，整个***软件逻辑复杂且可靠性低。

实用新型内容

针对上述存在的电池包耗电快和***软件复杂等问题，本实用新型提供了一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，能够通过纯硬件方式控制电池包输出的通断，使与之对接的工具无需考虑低功耗问题，简化***软件。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的具体方案如下：

一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，包括激活端口、按键、电池包正极输出端、IC输出端、一级开关单元、二级开关单元、三级开关单元和放电MOS；

所述激活端口连接按键的第一端和一级开关单元的受控端，按键的第二端连接电池包正极输出端；所述一级开关单元的第一端接地，第一开关单元的第二端连接电池包正极输出端和二级开关单元的受控端；所述二级开关单元的第一端接地，二级开关单元的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端；所述三级开关单元的第一端接地，三级开关单元的第二端连接IC输出端和放电MOS。

在一些实施方案中，所述三级开关单元包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；

所述第一晶体管的受控端连接二级开关单元的第二端和IC输出端，第一晶体管的第一端接地，第一晶体管的第二端连接IC输出端和第二晶体管的受控端、第三晶体管的受控端；所述第二晶体管的第一端连接IC输出端，所述第三晶体管的第一端接地，所述第二晶体管的第二端和第三晶体管的第二端连接放电MOS，通过第一晶体管的导通或截止，进而使第二晶体管导通或第三晶体管导通，实现电池包输出端的通断控制。

在一些实施方案中，所述第一晶体管、第二晶体管和/或第三晶体管为场效应管或三极管，场效应管是在三极管的基础上而开发出来的，三极管通过电流的大小控制输出，输入要消耗功率；场效应管是通过输入电压控制输出，不消耗功率，在电路设计中，可根据需求选择场效应管或三极管。

在一些实施方案中，所述三级开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；

所述第一电阻的第一端连接IC输出端，第一电阻的第二端连接第一晶体管的受控端和第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接第一晶体管的第一端；

所述第三电阻的第一端连接IC输出端和第二晶体管的第一端，第三电阻的第二端连接第二晶体管的受控端和第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接第一晶体管的第二端和第三晶体管的受控端；

所述第五电阻的第一端连接第二晶体管的第二端，第五电阻的第二端连接第三晶体管的第二端和第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接放电MOS的G极，通过设置各电阻用于确保第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的稳定工作。

在一些实施方案中，所述一级开关单元包括第四晶体管，所述第四晶体管的受控端连接激活端口，第四晶体管的第一端接地，第四晶体管的第二端连接电池包正极输出端和二级开关单元的受控端，通过第四晶体管来实现一级开关单元的开关功能。

在一些实施方案中，所述一级开关单元还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；

所述第七电阻的第一端连接激活端口，第七电阻的第二端连接第四晶体管的受控端和第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接第四晶体管的第一端，所述第九电阻的第一端连接电池包正极输出端，第九电阻的第二端连接第四晶体管的第二端和二级开关单元的受控端，通过第七电阻、第八电阻和第九电阻确保第四晶体管的稳定工作。

在一些实施方案中，所述一级开关单元还包括第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的第一端连接第四晶体管的受控端，第一稳压二极管的第二端连接第四晶体管的第一端，防止第四晶体管被击穿，确保一级开关单元的使用稳定性。

在一些实施方案中，所述二级开关单元包括第五晶体管，所述第五晶体管的受控端连接一级开关单元的第二端，第五晶体管的第一端接地，第五晶体管的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端，通过第五晶体管实现二级开关单元的开关功能。

在一些实施方案中，所述二级开关单元还包括第十电阻和第一电容，所述第十电阻的第一端连接一级开关单元的第二端，第十电阻的第二端连接第一电容的第一端和第五晶体管的受控端，所述第一电容的第二端接地，实现电路的快开慢关功能。

在一些实施方案中，所述二级开关单元还包括第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的第一端连接第十电阻的第二端，第二稳压二极管的第二端连接第五晶体管的受控端，第二稳压二极管能够防止电源反接导致第一电容被损坏。

本实用新型提供的一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，能够通过简单的按键开关，控制电池包输出端的通断，使与之对接的工具无需考虑低功耗问题，使得***软件简化，增加可靠性。

附图说明

图1为背景技术中提及的纯硬件电池包保护方案；

图2为本实用新型实施例中提供的纯硬件控制电路的结构框图；

图3为本实用新型实施例中提供的三级开关单元的电路原理图；

图4为本实用新型实施例中提供的三级开关单元的逻辑关系图；

图5为本实用新型实施例中提供的纯硬件控制电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例中提供的一级开关单元的逻辑关系图；

图7为本实用新型实施例中提供的二级开关单元的逻辑关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本申请的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。

例如，一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，包括激活端口、按键、电池包正极输出端、IC输出端、一级开关单元、二级开关单元、三级开关单元和放电MOS；所述激活端口连接按键的第一端和一级开关单元的受控端，按键的第二端连接电池包正极输出端；所述一级开关单元的第一端接地，第一开关单元的第二端连接电池包正极输出端和二级开关单元的受控端；所述二级开关单元的第一端接地，二级开关单元的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端；所述三级开关单元的第一端接地，三级开关单元的第二端连接IC输出端和放电MOS。

本实施例提供的一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，能够通过简单的按键开关，控制电池包输出端的通断，使与之对接的工具无需考虑低功耗问题，使得***软件简化，增加可靠性。

实施例一：

一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，包括激活端口、按键、电池包正极输出端、IC输出端、一级开关单元、二级开关单元、三级开关单元和放电MOS，如图2所示，激活端口为ON/OFF，按键为S1，电池包正极输出端为P+/C+，IC输出端输出DO信号。

其中，激活端口ON/OFF连接按键S1的第一端和一级开关单元的受控端，按键S1的第二端连接电池包正极输出端P+/C+；一级开关单元的第一端接地，第一开关单元的第二端连接电池包正极输出端P+/C+和二级开关单元的受控端；二级开关单元的第一端接地，二级开关单元的第二端连接IC输出端DO和三级开关单元的受控端；三级开关单元的第一端接地，三级开关单元的第二端连接IC输出端DO和放电MOS。

具体的，激活端口ON/OFF通过按键S1与电池包正极输出端P+/C+连接，通过按键S1的开启及闭合，使得激活端口ON/OFF获得相应的高电平或低电平；IC输出端，该应用方案中有BMS硬件保护IC，用于检测电芯状态，如电流、电压和温度等，并输出DO信号给放电MOS，控制放电MOS的开启及关闭。

本示例中提供的一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，当按键S1闭合时，激活端口ON/OFF信号短接到电池包正极输出端P+/C+，被拉高至高电平，使得一级开关单元导通；当按键S1断开时，一级开关单元处于断开状态。

对于二级开关单元，其导通和断开远离与一级开关单元一样，IC输出端输出DO信号为高电平信号，当一级开关单元的第二端为高电平时，二级开关单元的第二端为低电平，反之，当一级开关单元的第二端为低电平时，二级开关单元的第二端为高电平。

对于三级开关单元，由于DO信号为IC输出端输出，因此，当电池包正常状态时，DO信号为高电平，当二级开关单元的第二端为高电平时，三级开关单元为导通状态，DO信号输出至放电MOS；当二级开关单元的第二端为低电平时，三级开关单元为截止状态。

从上述描述可知，通过外部按键S1，可以控制放电MOS的开关，最终实现电池包输出端的通断。

实施例二：

如图3所示，三级开关单元包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，第一晶体管为Q1，第二晶体管为Q2，第三晶体管为Q3。

其中，第一晶体管Q1的受控端连接二级开关单元的第二端和IC输出端，第一晶体管Q1的第一端接地，第一晶体管Q1的第二端连接IC输出端和第二晶体管Q2的受控端、第三晶体管Q3的受控端；第二晶体管Q2的第一端连接IC输出端，第三晶体管Q3的第一端接地，第二晶体管Q2的第二端和第三晶体管Q3的第二端连接放电MOS，通过第一晶体管Q1的导通或截止，进而使第二晶体管Q2导通或第三晶体管Q3导通，实现电池包输出端的通断控制。

具体的，由于DO信号为IC输出端输出，因此，当电池包正常状态时，DO信号为高电平，当二级开关单元的第二端为高电平时，第一晶体管Q1处于导通状态，第一晶体管Q1的第二端拉低至地，从而使得第二晶体管Q2处于导通状态，D0信号输出至放电MOS，参考图3，即V(DO)＝V(DSG)，使得V(DSG)为高电平。反之，当二级开关单元的第二端为低电平时，第一晶体管Q1处于截止状态，第一晶体管Q1的第二端为高电平，第二晶体管Q2也处于截止状态，第三晶体管Q3处于导通状态，DSG信号连接至地端，处于低电平，逻辑关系如图4所示。

从上述描述可知，通过外部按键S1，可以控制DSG信号的高低，从而控制放电MOS的开关，最终实现电池包输出端的通断。具体功能为，当按键S1闭合时，DSG信号为高电平，放电MOS导通，电池包可输出电压至外部供电；当按键S1断开时，DSG信号为低电平，放电MOS截止，电池包输出端断开，无法提供电压输出至外部。

在一些实施方案中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和/或第三晶体管Q3为场效应管或三极管，场效应管是在三极管的基础上而开发出来的，三极管通过电流的大小控制输出，输入要消耗功率；场效应管是通过输入电压控制输出，不消耗功率，在电路设计中，可根据需求选择场效应管或三极管。

参考图3，图中所示第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3均为场效应管。

在一个示例中，三级开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻，第一电阻为R1，第二电阻为R2，第三电阻为R3，第四电阻为R4，第五电阻为R5，第六电阻为R6。

其中，第一电阻R1的第一端连接IC输出端，第一电阻R1的第二端连接第一晶体管Q1的受控端和第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接第一晶体管Q1的第一端；第三电阻R3的第一端连接IC输出端和第二晶体管Q2的第一端，第三电阻R3的第二端连接第二晶体管Q2的受控端和第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第一晶体管Q1的第二端和第三晶体管Q3的受控端；第五电阻R5的第一端连接第二晶体管Q2的第二端，第五电阻R5的第二端连接第三晶体管Q3的第二端和第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端连接放电MOS的G极，通过设置各电阻用于确保第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的稳定工作。

实施例三：

如图5所示，一级开关单元包括第四晶体管，第四晶体管为Q4，第四晶体管Q4的受控端连接激活端口ON/OFF，第四晶体管Q4的第一端接地，第四晶体管Q4的第二端连接电池包正极输出端P+/C+和二级开关单元的受控端，通过第四晶体管Q4来实现一级开关单元的开关功能。

具体的，当按键S1闭合时，激活端口ON/OFF信号短接到电池包正极输出端P+/C+，被拉高至高电平，第四晶体管Q4处于导通状态，第四晶体管的第一端和第二端处于导通状态，第二端被拉低至地，也就是处于低电平；反之，当按键S1断开时，第四晶体管Q4处于断开状态，第四晶体管Q4被电池包正极输出端P+/C+拉高至高电平，其开关逻辑关系参考图6。

在一些实施方案中，一级开关单元还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻，第七电阻为R7，第八电阻为R8，第九电阻为R9。

第七电阻R7的第一端连接激活端口ON/OFF，第七电阻R7的第二端连接第四晶体管Q4的受控端和第八电阻R8的第一端，第八电阻R8的第二端连接第四晶体管Q4的第一端，第九电阻R9的第一端连接电池包正极输出端P+/C+，第九电阻R9的第二端连接第四晶体管Q4的第二端和二级开关单元的受控端，通过第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9确保第四晶体管Q4的稳定工作。

进一步的，一级开关单元还包括第一稳压二极管，第一稳压二极管为ZD1，第一稳压二极管ZD1的第一端连接第四晶体管Q4的受控端，第一稳压二极管ZD1的第二端连接第四晶体管Q4的第一端，防止第四晶体管Q4被击穿，确保一级开关单元的使用稳定性。

实施例四：

如图5所示，二级开关单元包括第五晶体管，第五晶体管为Q5，第五晶体管Q5的受控端连接一级开关单元的第二端，第五晶体管Q5的第一端接地，第五晶体管Q5的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端，通过第五晶体管Q5实现二级开关单元的开关功能。

IC输出端输出DO信号为高电平信号，当一级开关单元的第二端为高电平时，第五晶体管Q5的第二端为低电平，反之，当一级开关单元的第二端为低电平时，第五晶体管Q5的第二端为高电平，具体逻辑关系参考图7。

在一些实施方案中，二级开关单元还包括第十电阻和第一电容，第十电阻为R10，第一电容为C1，第十电阻R10的第一端连接一级开关单元的第二端，第十电阻R10的第二端连接第一电容C1的第一端和第五晶体管Q5的受控端，第一电容C1的第二端接地，实现电路的快开慢关功能。

进一步的，二级开关单元还包括第二稳压二极管，第二稳压二极管为ZD2，第二稳压二极管ZD2的第一端连接第十电阻R10的第二端，第二稳压二极管ZD2的第二端连接第五晶体管Q5的受控端，第二稳压二极管ZD2能够防止电源反接导致第一电容C1被损坏。

本申请提供的一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，还能够实现快开慢关的功能，由第九电阻R9、第十电阻R10和第一电容C1构成，主要作用为，通常按键S1通断时，由于外部干扰或者触点弹性问题，机械触点会陆续碰撞数次，导致DSG信号忽高忽低，放电MOS反复导通截止数次，电池包输出同样也会通断数次，最终造成整体工具开关机时发生抖动，时间为mS级。该部分线路可以很好的避免这一情况，具体如下：在按键S1闭合时，第四晶体管Q4导通，第四晶体管Q4的第二端短接至地，第一电容C1经过第十电阻R10迅速放电，第十电阻R10的阻值相对较小，使得第五晶体管Q5立即处于截止状态，DSG为高电平，电池包输出快速开启；当按键S1断开时，P+/C+端经过第九电阻R9缓慢充电，第九电阻R9阻值相对较大，等第一电容C1饱和后，再开启第五晶体管Q5，拉低第五晶体管Q5的第二端，DSG信号为低电平，电池包缓慢关闭输出。这一功能的实现，通过调整第九电阻R9、第十电阻R10的阻值以及第一电容C1的容值，可以达到。实现效果是，按下按键S1则快速开启电池包输出，断开按键S1缓慢关闭电池包输出，可以有效的避免开关通断时，放电MOS及电池包频繁的通断。

综上所述，本实用新型提供的一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，能够通过简单的按键开关，控制电池包输出端的通断，使与之对接的工具无需考虑低功耗问题，使得***软件简化，增加可靠性。

本文所使用的术语“模块”可为在该运算***上执行的软件或硬件对象。本文所述的不同组件、模块、引擎及服务可为在该运算***上的实施对象。而本文所述的装置及方法可以以软件的方式进行实施，当然也可在硬件上进行实施，均在本申请保护范围之内。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

Claims (10)

1.一种对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，包括激活端口、按键、电池包正极输出端、IC输出端、一级开关单元、二级开关单元、三级开关单元和放电MOS；

所述激活端口连接按键的第一端和一级开关单元的受控端，按键的第二端连接电池包正极输出端；所述一级开关单元的第一端接地，第一开关单元的第二端连接电池包正极输出端和二级开关单元的受控端；所述二级开关单元的第一端接地，二级开关单元的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端；所述三级开关单元的第一端接地，三级开关单元的第二端连接IC输出端和放电MOS。

2.根据权利要求1所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述三级开关单元包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管；

所述第一晶体管的受控端连接二级开关单元的第二端和IC输出端，第一晶体管的第一端接地，第一晶体管的第二端连接IC输出端和第二晶体管的受控端、第三晶体管的受控端；所述第二晶体管的第一端连接IC输出端，所述第三晶体管的第一端接地，所述第二晶体管的第二端和第三晶体管的第二端连接放电MOS。

3.根据权利要求2所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管和/或第三晶体管为场效应管或三极管。

4.根据权利要求2所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述三级开关单元还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；

所述第一电阻的第一端连接IC输出端，第一电阻的第二端连接第一晶体管的受控端和第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接第一晶体管的第一端；

所述第三电阻的第一端连接IC输出端和第二晶体管的第一端，第三电阻的第二端连接第二晶体管的受控端和第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接第一晶体管的第二端和第三晶体管的受控端；

所述第五电阻的第一端连接第二晶体管的第二端，第五电阻的第二端连接第三晶体管的第二端和第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接放电MOS的G极。

5.根据权利要求1所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述一级开关单元包括第四晶体管，所述第四晶体管的受控端连接激活端口，第四晶体管的第一端接地，第四晶体管的第二端连接电池包正极输出端和二级开关单元的受控端。

6.根据权利要求5所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述一级开关单元还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；

所述第七电阻的第一端连接激活端口，第七电阻的第二端连接第四晶体管的受控端和第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接第四晶体管的第一端，所述第九电阻的第一端连接电池包正极输出端，第九电阻的第二端连接第四晶体管的第二端和二级开关单元的受控端。

7.根据权利要求6所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述一级开关单元还包括第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的第一端连接第四晶体管的受控端，第一稳压二极管的第二端连接第四晶体管的第一端。

8.根据权利要求1所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述二级开关单元包括第五晶体管，所述第五晶体管的受控端连接一级开关单元的第二端，第五晶体管的第一端接地，第五晶体管的第二端连接IC输出端和三级开关单元的受控端。

9.根据权利要求8所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述二级开关单元还包括第十电阻和第一电容，所述第十电阻的第一端连接一级开关单元的第二端，第十电阻的第二端连接第一电容的第一端和第五晶体管的受控端，所述第一电容的第二端接地。

10.根据权利要求9所述的对电池包输出端通断的纯硬件控制电路，其特征在于，所述二级开关单元还包括第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的第一端连接第十电阻的第二端，第二稳压二极管的第二端连接第五晶体管的受控端。