蓄电池放电过流保护电路及方法
【专利摘要】本发明提供了一种蓄电池放电过流保护电路及方法，所述蓄电池放电过流保护电路包括：并联的MOSFET管Q1和Q2与蓄电池放电正端串接；采样电阻R1分别与MOSFET管Q1、Q2和功率变换电路连接；与采样电阻R1连接的电流检测电路U1采样电流，得到采样电阻R1两端变换后的电压信号；比较锁定电路U2将电压信号与基准值比较，当超出时输出过流信号；驱动电路U3当接收到过流信号时，关闭向并联的MOSFET管Q1和Q2输出的驱动电平。本发明能够在出现后端用电回路电流异常增大或者功率变换器损坏而造成蓄电池大电流输出时，对检测到的电流值进行判读，如果超出基准值，即对放电回路进行切断处理并保持断开状态，防止大电流对电池组件及放电回路产生危害。
【专利说明】蓄电池放电过流保护电路及方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种蓄电池放电过流保护电路及方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]电源系统作为整星能源供给的重要系统，为整星在轨飞行提供持续稳定的电能。在地影期电源系统通过放电调节电路对蓄电池输出功率进行调节，在不同负载工作情况下维持母线电压的稳定。
[0005]放电调节设备是系统非常重要的电子产品，在光照期系统通过充电控制设备对蓄电池组进行充电，蓄电池存储电能。在进入地影期后，放电调节设备将蓄电池输出调节至设定的电压值供后级负载使用。空间用放电调节设备一般采用标准化、模块化设计，考虑热耗及功率分配因素，一般由多个模块并联设计来实现大功率放电调节需求。
[0006]典型空间能源系统由一组或两组蓄电池供电，所以放电调节设备需要有较高可靠性，无论外部原因或内部原因发生故障都需要对蓄电池进行隔离，保护蓄电池组安全。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种蓄电池放电过流保护电路及方法，能够在卫星进入地影期或者在光照期太阳阵功率不能满足整星负载需蓄电池参与放电供电时，蓄电池放电过流保护电路成为一个“开关”串联在放电回路中，不影响电池正常放电，在出现后端用电回路电流异常增大或者功率变换器损坏而造成蓄电池大电流输出时，蓄电池放电过流保护电路对检测到的电流值进行判读，如果超出正常设定的保护值(预设的基准值)，即对放电回路进行切断处理并保持断开状态，防止大电流对电池组件及放电回路产生危害。
[0009]为解决上述问题，本发明提供一种蓄电池放电过流保护电路，串联在蓄电池放电正端的回路中的蓄电池放电过流保护电路包括:
并联的功率MOSFET管Ql和Q2，所述功率MOSFET管Ql和Q2的D极与所述蓄电池放电正端串接；
采样电阻Rl，所述采样电阻Rl的功率一端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的S极串接，所述采样电阻Rl的功率另一端与一功率变换电路连接；
与所述采样电阻Rl的采样端连接的电流检测电路Ul，用于采样流过所述采样电阻Rl的电流，并根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至一比较锁定电路U2 ；
与所述电流检测电路Ul的输出端连接的比较锁定电路U2，用于将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号；
与所述比较锁定电路U2的输出端连接的驱动电路U3，所述驱动电路U3的输出端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的G极连接，用于在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止。
[0010]进一步的，在上述电路中，所述功率MOSFET管Ql和Q2为N型功率MOSFET管。
[0011]进一步的，在上述电路中，所述功率MOSFET管Ql和Q2的型号为IRHMS67260。
[0012]进一步的，在上述电路中，所述采样电阻Rl的型号为RQCG 7W 0.002 Ω。
[0013]进一步的，在上述电路中，所述电流检测电路Ul包括三极管Q3、Q4、Q5和精密电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7，其中，三极管 Q3、Q4、Q5 的型号为 3CG180。
[0014]进一步的，在上述电路中，所述比较锁定电路U2包括电路N1、二极管Dl和稳压二极管D2，其中，电路NI的型号为LM311，二极管Dl的型号为BZ15，稳压二极管D2的型号为ZW54。
[0015]进一步的，在上述电路中，所述驱动电路U3包括电路N2和时基电路N3，其中，电路N2的型号为IR2110，时基电路N3的型号为SE555。
[0016]
根据本发明的另一面，提供一种蓄电池放电过流保护方法，采用上述的蓄电池放电过流保护电路，所述方法包括:
电流检测电路Ul采样流过所述采样电阻Rl的电流，及根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至比较锁定电路U2 ；
比较锁定电路U2将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号；
所述驱动电路U3在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止。
[0017] 与现有技术相比，本发明通过并联的功率MOSFET管Ql和Q2，所述功率MOSFET管Ql和Q2的D极与所述蓄电池放电正端串接；所述采样电阻Rl的功率一端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的S极串接，所述采样电阻Rl的功率另一端与一功率变换电路连接；与所述采样电阻Rl的采样端连接的电流检测电路U1，用于采样流过所述采样电阻Rl的电流，并根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至一比较锁定电路U2 ;与所述电流检测电路Ul的输出端连接的比较锁定电路U2，用于将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号；与所述比较锁定电路U2的输出端连接的驱动电路U3，所述驱动电路U3的输出端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的G极连接，用于在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止，能够在卫星进入地影期或者在光照期太阳阵功率不能满足整星负载需蓄电池参与放电供电时，蓄电池放电过流保护电路成为一个“开关”串联在放电回路中，不影响电池正常放电，在出现后端用电回路电流异常增大或者功率变换器损坏而造成蓄电池大电流输出时，蓄电池放电过流保护电路对检测到的电流值进行判读，如果超出正常设定的保护值，即对放电回路进行切断处理并保持断开状态，防止大电流对电池组件及放电回路产生危害，本发明的电路简单、可靠性高，控制精度准确，特别适用于空间飞行器放电调节控制设备。
[0018]
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明一实施例的蓄电池放电过流保护电路的总体结构图；
图2是本发明一实施例的蓄电池放电过流保护电路的详细结构图；
图3是本发明一实施例的蓄电池放电过流保护方法的流程图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0022]实施例一
如图1和2所示，本发明提供一种蓄电池放电过流保护电路，串联在蓄电池放电正端的回路中的蓄电池放电过流保护电路包括并联的功率MOSFET管Ql和Q2，采样电阻R1，电流检测电路Ul，比较锁定电路U2和驱动电路U3。
[0023]所述功率MOSFET管Ql和Q2的D极与所述蓄电池放电正端串接；
优选的，所述功率MOSFET管Ql和Q2为N型MOSFET管。具体的，采用N型MOSFET两管并联设计作为电子开关，降低导通阻抗，增加可靠性。
[0024]较佳的，所述功率MOSFET管Ql和Q2的型号为IRHMS67260。
[0025]所述采样电阻Rl的功率一端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的S极串接，所述采样电阻Rl的功率另一端与一功率变换电路连接；
优选的，所述采样电阻Rl的型号为RQCG 7W 0.002 Ω。
[0026]与所述采样电阻Rl的采样端连接的电流检测电路Ul，用于采样流过所述采样电阻Rl的电流，并根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至一比较锁定电路U2 ;具体的，电流检测电路Ul将采样到的电流流过采样电阻Rl两端电压压降进行变换处理。
[0027]优选的，如图2所示，所述电流检测电路Ul包括三极管Q3、Q4、Q5和精密电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7，其中，三极管 Q3、Q4、Q5 的型号为 3CG180。
[0028]与所述电流检测电路Ul的输出端连接的比较锁定电路U2，用于将所述电流检测单元Ui输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号；
优选的，如图2所示，所述比较锁定电路U2包括电路N1、二极管Dl和稳压二极管D2，其中，电路NI的型号为LM311，二极管Dl的型号为BZ15，稳压二极管D2的型号为ZW54(5.5?6.5V)。
[0029]与所述比较锁定电路U2的输出端连接的驱动电路U3，所述驱动电路U3的输出端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的G极连接，用于在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止。具体的，驱动电路U3输出驱动信号，保持功率MOSFET管的连续导通，当接收到比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭MOSFET管驱动信号，使功率MOSFET管Ql和Q2截止。即正常工作下，开关MOSFET管保持连续导通，蓄电池输出电流提供给功率变换电路；在后端电路出现故障情况下，蓄电池输出电流增大，如果达到设定保护值时，电流检测电路通过采样电阻将电流值变换至电压值输入给比较锁定电路，比较锁定电路将电压值与设定的基准值进行比较，如果电压值超过设定的基准值，电路输出过流信号关闭驱动电路，驱动电路由正常工作下输出连续驱动电平转换成不输出驱动电平，此时MOSFET管截止，蓄电池与回路断开。
[0030]优选的，如图2所示，所述驱动电路U3包括电路N2和时基电路N3，其中，电路N2的型号为IR2110，时基电路N3的型号为SE555。
[0031 ] 本实施例中，在蓄电池参与放电供电时，蓄电池放电过流保护电路成为一个“开关”串联在放电回路中，在出现后端用电回路电流增大或者功率变换电路损坏而造成畜电池大电流输出时，该蓄电池放电过流保护电路工作，对放电回路进行切断处理并保持断开状态，防止大电流对电池组件及后续电路产生危害。本发明提供的一种蓄电池放电过流保护电路具有控制逻辑简单、可靠性高的特点，发明所提供的放电过流保护电路已在低轨道卫星型号放电调节器中得到应用，并完成产品鉴定，该单机通过各项指标要求考核。单机在鉴定测试、试验中运行良好，功能正常，单机母线负载供电、蓄电池调节功能正常，可验证单机中控制系统完好，证明了单机的可靠性和安全性。
[0032] 实施例二
如图3所示，本发明还提供另一种蓄电池放电过流保护方法，采用实施例一所述的蓄电池放电过流保护电路，所述方法包括:
步骤SI，电流检测电路Ul采样流过所述采样电阻Rl的电流，及根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至比较锁定电路U2 ；
步骤S2，比较锁定电路U2将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号；
步骤S3，所述驱动电路U3在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止。
[0033]实施例二的其它详细内容具体可参见实施例一的相应部分，在此不再赘述。
[0034]本发明通过并联的功率MOSFET管Ql和Q2，所述功率MOSFET管Ql和Q2的D极与所述蓄电池放电正端串接；所述采样电阻Rl的功率一端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的S极串接，所述采样电阻Rl的功率另一端与一功率变换电路连接；与所述采样电阻Rl的采样端连接的电流检测电路Ul，用于采样流过所述采样电阻Rl的电流，并根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至一比较锁定电路U2 ;与所述电流检测电路Ul的输出端连接的比较锁定电路U2，用于将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号；与所述比较锁定电路U2的输出端连接的驱动电路U3，所述驱动电路U3的输出端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的G极连接，用于在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止，能够在卫星进入地影期或者在光照期太阳阵功率不能满足整星负载需蓄电池参与放电供电时，蓄电池放电过流保护电路成为一个“开关”串联在放电回路中，不影响电池正常放电，在出现后端用电回路电流异常增大或者功率变换器损坏而造成蓄电池大电流输出时，蓄电池放电过流保护电路对检测到的电流值进行判读，如果超出正常设定的保护值，即对放电回路进行切断处理并保持断开状态，防止大电流对电池组件及放电回路产生危害，本发明的电路简单、可靠性高，控制精度准确，特别适用于空间飞行器放电调节控制设备。
[0035]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0036]专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0037]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，串联在蓄电池放电正端的回路中的蓄电池放电过流保护电路包括: 并联的功率MOSFET管Ql和Q2，所述功率MOSFET管Ql和Q2的D极与所述蓄电池放电正端串接； 采样电阻Rl，所述采样电阻Rl的功率一端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的S极串接，所述采样电阻Rl的功率另一端与一功率变换电路连接； 与所述采样电阻Rl的采样端连接的电流检测电路Ul，用于采样流过所述采样电阻Rl的电流，并根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至一比较锁定电路U2 ； 与所述电流检测电路Ul的输出端连接的比较锁定电路U2，用于将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号； 与所述比较锁定电路U2的输出端连接的驱动电路U3，所述驱动电路U3的输出端与所述功率MOSFET管Ql和Q2的G极连接，用于在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止。
2.如权利要求1所述的蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，所述功率MOSFET管Ql和Q2为N型功率MOSFET管。
3.如权利要求1所述的蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，所述功率MOSFET管Ql和Q2的型号为IRHMS67260。
4.如权利要求1所述的蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，所述采样电阻Rl的型号为 RQCG 7W 0.002 Ω。
5.如权利要求1所述的蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，所述电流检测电路Ul包括三极管Q3、Q4、Q5和精密电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7，其中，三极管Q3、Q4、Q5的型号为3CG180。
6.如权利要求1所述的蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，所述比较锁定电路U2包括电路N1、二极管Dl和稳压二极管D2，其中，电路NI的型号为LM311，二极管Dl的型号为BZ15，稳压二极管D2的型号为ZW54。
7.如权利要求1所述的蓄电池放电过流保护电路，其特征在于，所述驱动电路U3包括电路N2和时基电路N3，其中，电路N2的型号为IR2110，时基电路N3的型号为SE555。
8.一种蓄电池放电过流保护方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的蓄电池放电过流保护电路，所述方法包括: 电流检测电路Ul采样流过所述采样电阻Rl的电流，及根据所述采样的电流得到所述采样电阻Rl的两端的变换后的电压信号并输出至比较锁定电路U2 ； 比较锁定电路U2将所述电流检测单元Ul输出的电压信号与一预设的基准值进行比较，当所述电压信号超出所述基准值时，比较锁定电路U2向一驱动电路U3输出过流信号并锁定输出信号； 所述驱动电路U3在未接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续输出驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2连续导通，当接收到所述比较锁定电路U2输出的过流信号时，关闭向所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2输出的驱动电平，以使所述并联的功率MOSFET管Ql和Q2截止。
【文档编号】H02J7/00GK104426141SQ201310409167
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】施嘉昊, 曹程, 周奇初 申请人:上海空间电源研究所