一种电池过载和短路保护电路的制作方法
一种电池过载和短路保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池过载和短路保护电路，包括电池放电管理单元与电池放电保护单元，电池放电管理单元包括控制电压产生单元及电池通道单元，控制电压产生单元连接电池，以产生控制电池通道单元的第一控制电压和第二控制电压，电池通道单元连接第一控制电压、第二控制电压、电池负极，以在第一控制电压和第二控制电压控制下将输出地与电池负极接通，电池放电保护单元包括短路保护取样电路和放电控制电压产生单元，短路保护取样电路串接于电池通道单元中以产生一取样电压，放电控制电压产生单元与短路保护取样电路并联连接，以产生放电控制电压，其输出连接电池通道单元的开关管，本实用新型可有效提高配网自动化终端系统持续供电的可靠性。
【专利说明】一种电池过载和短路保护电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及配网自动化远动终端领域，特别是涉及一种配网自动化远动终端开关电源模块化的电池过载和短路保护电路。
【背景技术】
[0002]随着现今社会的发展，特别是在电力行业对供电的连续性要求越来越高，因此电池作为一种后备电源在配电网自动化领域中得到了很广泛的应用。但是由于普通的电源模块对于电池放电回路没有完善与可靠的过电流保护电路与短路故障保护电路，当出现电池放电电流故障时，会造成电源和电池不可恢复性损坏，大大降低了配网自动化系统的可靠性。
实用新型内容
[0003]为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种电池过载和短路保护电路，于电池输出供电端出现过载电流或短路故障时通过检测放电回路电流与输出供电端电压，快速响应切断电池输出回路，有效地保护了电池输出端出现过载电流或短路故障时等不可控大电流造成的电池放电控制回路元器件损坏，并于故障排除后通过正常操作可恢复电池输出供电，有效地提高了配网自动化终端系统持续供电可靠性。
[0004]为达上述及其它目的，本实用新型提出一种电池过载和短路保护电路，用于连接于电池与负载之间，所述电路包括电池放电管理单元与电池放电保护单元，所述电池放电管理单元包括控制电压产生单元及电池通道单元，所述控制电压产生单元连接所述电池，以产生控制所述电池通道单元的第一控制电压和第二控制电压，所述电池通道单元连接所述第一控制电压、第二控制电压、所述电池负极，以在所述第一控制电压和第二控制电压控制下将输出地与所述电池负极接通，所述电池放电保护单元包括短路保护取样电路和放电控制电压产生单元，所述短路保护取样电路串接于所述电池通道单元中以产生一取样电压，所述放电控制电压产生单元与所述短路保护取样电路并联连接，以产生放电控制电压，其输出连接所述电池通道单元的开关管。
[0005]进一步地，所述控制电压产生单元包括第一控制电压VA产生电路和第二控制电压VC产生电路，所述第一控制电压VA产生电路连接所述电池正极与地之间，以产生所述第一控制电压(VA)，所述第二控制电压VC产生电路连接所述电池正极与所述第一控制电压(VA)，以所述电池电压为控制电压，通过比较器控制光耦通断由所述第一控制电压(VA)产生所述第二控制电压(VC)。
[0006]进一步地，所述第一控制电压VA产生电路包括电阻(R54)、齐纳二极管(Dll)和滤波电容(C2)，所述电阻(R54) —端接所述电池正极，另一端与所述齐纳二极管(Dll)阴极相接为所述第一控制电压(VA)输出端，所述齐纳二极管(Dll)阳极接输出地，所述滤波电容(C2)和所述齐纳二极管(Dll)并联。
[0007]进一步地，所述第一控制电压VA产生电路还包括电容(Cl)，所述电容(Cl)连接在所述电池正极和输出地间起滤波作用。
[0008]进一步地，所述第二控制电压VC产生电路包括电阻(R81、R92、R123、R79、R82、R89、R1、R80 及 R131)、比较器(U23A、U23B)、二极管(D19、D30)、齐纳二极管(DlO)、滤波电容(E15)、光耦(U7、U1)和开关(S4)，所述电阻(R81)与串联连接的电阻(R92、R123)组成分压网络，所述电阻(R92)与电阻(R123)串联后接输出地，所述电阻R81 —端接所述电池正极，另一端接所述比较器(U23B)的同相输入端，所述比较器(U23B)反相输入端接一基准电压，所述电阻(R79)跨接在所述比较器(U23B)同相输入端和输出端间，所述比较器(U23B)输出端接所述二极管(D19)阳极，所述二极管(D19)阴极接所述电阻(R82)，所述电阻(R82)另一端接所述比较器(U23A)同相输入端和并联连接的所述电阻(R89)、电容(E15)的一端，所述电阻(R89)、电容(E15)的另一端接输出地，所述电阻(R131)和二极管(D30)、开关
(S4)依次串联并接在所述比较器(U23A)同相输入端和输出地间以用于测试，所述比较器(U23A)反相输入端接所述基准电压，所述比较器(U23A)输出端接所述电阻(R80)，所述电阻(R80)接所述光耦(U7)输入侧发光管阳极，所述光耦(U7)输入侧发光管阴极接输出地，同时所述电池正极还通过所述电阻(Rl)、齐纳二极管(DlO)连接至所述光耦(Ul)输入侧发光管阳极，所述光耦(Ul)输入侧发光管阴极接输出地，所述第一控制电压(VA)通过依次级联的所述光耦(U7)输出侧和所述光耦(Ul)输出侧连接控制输出所述第二控制电压(VC)，所述比较器(U23A、U23B)连接所述第一控制电压(VA)。
[0009]进一步地，所述第二控制电压(VC)和所述第一控制电压(VA)间还串接一开关
(S3)用于测试。
[0010]进一步地，所述基准电压由基准电压产生电路产生，所述基准电压产生电路产生包括串联于所述电池正极与输出地之间的电阻(R64)和单结晶体管(U16)，所述电阻(R64)上端接所述电池正极，于所述电阻(R64)下端输出所述基准电压。
[0011]进一步地，所述电池通道单元包括电阻(R40)、开关管(Q13、Q14)以及连接于开关管Q13、Q14的控制栅的分压电阻(R31、R112、R32及R35)，所述电阻(R40) —端接输出地，其另一端和所述开关管(Q13)漏源极、所述短路保护取样电路、所述开关管(Q14)源漏极依次串联，并最终连接至所述电池负极，所述电阻(R31、R112)组成分压网络，所述电阻(R31)上端接所述第二控制电压(VC)，其中间点接所述开关管(Q13)控制栅极，所述电阻(R112)下端接所述开关管(Q13)源极，所述电阻(R32、R35)组成分压网络，所述电阻(R32)上端接所述第一控制电压(VA)，其中间点接所述开关管(Q14)控制栅极，所述电阻(R35)下端接所述开关管(Q14)源极。
[0012]进一步地，所述短路保护取样电路包括一电阻(R113)，所述电阻(R113)串接于所述电池通道单元的电池通道的地线侧，以产生一取样电压。
[0013]进一步地，所述放电控制电压产生单元包括电阻(R130、R135、R136、R137、138)、i容(C31、C32、C39)和三极管(Q12、Q16、Q17)，所述电容(C39、C31)下端、所述电阻(R136、R130)下端、所述三极管(Q16、Q17)发射极相连接于所述电阻(R113)右端，所述电阻(R135、R136)组成分压网络，所述电阻(R135)上端接所述电阻R113左端，其中间点接所述三极管(Q17)基极，所述电阻(R136)下端接所述三极管(Q17)发射极，所述三极管(Q17)集电极接所述电阻(R137)，所述电阻(R137)另一端接所述三极管(Q16)集电极、所述三极管(Q12)基极和所述电阻(R138)、电容(C32)，所述电阻(R138)和所述电容(C32)并联连接至所述开关管(Q13)控制栅极和所述三极管(Q12)的发射极，所述三极管(Q12)的集电极与所述三极管(Q16)基极和并联的电阻(R130)、电容(C31)的上端相连，并联连接的所述电阻(R138)、电容(C32)的上端为所述放电控制电压产生单元的输出，其连接至所述开关管(Q13)的控制栅极。
[0014]与现有技术相比，本实用新型一种电池过载和短路保护电路，当电池输出供电端出现过载电流或短路故障时通过检测放电回路电流与输出供电端电压，快速响应切断电池输出回路，有效地保护了电池输出端出现过载电流或短路故障时等不可控大电流造成的电池放电控制回路元器件损坏，并于故障排除后通过正常操作可恢复电池输出供电，有效地提高了配网自动化终端系统持续供电可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型一种电池过载和短路保护电路的电路框图；
[0016]图2及图3为本实用新型一种电池过载和短路保护电路较佳实施例的电路结构图；
[0017]图4为本实用新型较佳实施例中基准电压产生电路的电路示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】
【附图说明】本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
[0019]图1为本实用新型一种电池过载和短路保护电路的电路框图，图2及图3为本实用新型一种电池过载和短路保护电路较佳实施例的电路结构图。如图1、图2、图3所示，本实用新型一种电池过载和短路保护电路，包括电池放电管理单元10以及电池放电保护单元20，电池放电管理单元10连接于电池与负载之间，电池放电保护单元20连接电池放电管理单元10，电池放电管理单元10包括电池通道单元101和控制电压产生单元102两部分，控制电压产生单元102包括第一控制电压VA产生电路102a和第二控制电压VC产生电路102b，控制电压产生单元102用于产生控制电池通道单元101的第一控制电压VA和第二控制电压VC，其中第一控制电压VA产生电路102a包括电阻R54、齐纳二极管Dll和滤波电容 C2，第二控制电压 VC 产生电路 102b (图 3)包括电阻1?81、1?92、1?123、1?79、1?82、1?89、1?1、R80、R131，比较器U23，二极管D19和、D30、齐纳二极管D10，滤波电容E15，光耦U7、U1和开关S3、S4，其以电池电压Vo/B+为控制电压，通过比较器控制光耦通断由第一控制电压VA产生第二控制电压VC，电池通道单元101包括串联连接的电阻R40、开关管Ql3、开关管Q14以及连接于开关管Q13、Q14的控制栅的分压电阻R31、R112及R32、R35，电池通道单元101用于在第一控制电压VA和第二控制电压VC控制下将输出地GND和电池负极B-接通；电池放电保护单元20包括短路保护取样电路201和放电控制电压产生单元202，串接于电池通道单元中的电阻R113为短路保护取样，放电控制电压产生单元202包括电阻R130、R135-138，电容 C31-32、C39 和三极管 Q12、Q16-17。
[0020]第一控制电压VA产生电路102a的电阻R54上端接电池正端Vo/B+，其下端和齐纳二极管Dll阴极相接为第一控制电压VA输出端，齐纳二极管Dll阳极接输出地GND，滤波电容C2和齐纳二极管Dll并联，电容Cl连接在电池正端Vo/B+和输出地GND间起滤波作用；电池通道单元101的电阻R40之一端接输出地GND，其另一端和开关管Q13漏源极、电阻R113、开关管Q14源漏极依次串联，并最终连接至电池负极B-，电阻R31、R112组成分压网络，R31上端接第二控制电压VC，其中间点接开关管Q13控制栅极，R112下端接开关管Q13源极，电阻R32、R35组成分压网络，R32上端接第一控制电压VA，其中间点接开关管Q14控制栅极，R35下端接开关管Q14源极；电池放电保护单元20的短路保护取样电路R113串接于电池通道的地线侧，其产生一取样电压，根据电流流向，R113左端为正右端为负，放电控制电压产生单元202并接于电阻Rl 13两端，即电阻Rl35上端接电阻Rl 13左端，电容C39、C31下端、电阻R136、R130下端、NPN三极管Q16-17发射极相连接电阻R113右端，电阻R135、R136组成分压网络，R135上端接电阻R113左端，其中间点接三极管Q17基极，R136下端接三极管Q17发射极，三极管集电极接电阻R137，电阻R137另一端接三极管Q16集电极、PNP三极管Q12基极和电阻R138、电容C32，电阻R138和电容C32并联连接至开关管Q13控制栅极和NPN三极管Q12的发射极，NPN三极管Q12的集电极与NPN三极管Q16基极和并联的电阻R130、电容C31的上端相连，放电控制电压产生单元202的输出(并联连接的电阻R138、电容C32的上端)连接至开关管Q13控制栅极；第二控制电压VC产生电路102b的电阻R81与串联连接的电阻R92、R123组成分压网络，电阻R92与Rl23串联后接输出地GND，电阻R81上端接电池正端VoB+，其下端接比较器U23B的同相输入端，比较器U23B反相输入端基准电压2.5V3，该基准电压2.5V3由基准电压产生电路产生，电阻R79跨接在比较器U23B同相输入端和输出端间，比较器U23B输出端接二极管D19阳极，二极管D19阴极接电阻R82，电阻R82另一端接比较器U23A同相输入端和并联连接的电阻R89、电容E15的上端，电阻R89、电容E15的下端接输出地GND，电阻R131和正向二极管D30、开关S4依次串联并接在比较器U23A同相输入端和输出地GND间以用于测试，比较器U23A反相输入端基准电压2.5V3，比较器U23A输出端接电阻R80，电阻R80接光耦U7输入侧发光管阳极，光耦U7输入侧发光管阴极接输出地GND，同时电池正端Vo/B+还通过电阻R1、齐纳二极管DlO连接至光耦Ul输入侧发光管阳极，光耦Ul输入侧发光管阴极接输出地GND，第一控制电压VA通过依次级联的光耦U7输出侧和光耦Ul输出侧连接至第二控制电压VC，这样在电池电压正常时可由第一控制电压VA产生第二控制电压VC，第二控制电压VC和第一控制电压VA间还串接一开关S3用于测试，比较器U23 (含U23A和U23B)用第一控制电压VA供电。
[0021]图4为本发明较佳实施例中基准电压产生电路的电路示意图。其中，电阻R64和单结晶体管U16串联组成基准电压产生电路，电阻R64上端接电池正端Vo/B+，于电阻R64下端输出基准电压2.5V3。
[0022]请继续参照图2-图4，当开关“S3(按一下开关就闭合，松开就断开)”被按下后，电池放电电流由电池正端Vo/B+起始，通过电阻R40、开关管Q13、电阻Rl 13、开关管Q14形成电池放电电流回到电池负端B-，由于电阻R40、开关管Q13、电阻R113、开关管Q14串联阻抗较小，所以输出端口电压略等于电池电压。
[0023]当输出端电压没有低于最低电池供电电压时，比较器U23A与U23B输出高电平维持光耦U7导通，当输出端电压没有低于电阻R1。齐纳二极管DlO设置的最低电压时维持光耦Ul导通，则能由第一控制电压VA产生第二控制电压VC，同时按下开关S3后通过设置电阻R31和电阻R112的阻值就能让Q13持续导通的最低电池电压。
[0024]当输出端电池正端Vo/B+与输出地GND之间出现短路故障或者超负荷电流时，在R113电阻上形成的电势差会立即触发NPN三极管Q17导通，然后触发PNP三极管Q12与NPN三极管Q16导通。由于PNP三极管Q12、NPN三极管Q16组成的电路与开关管Q13的栅极I端、源极3端脚处于并联关系，且PNP三极管Q12与NPN三极管Q16导通总压降和只有1.4V，因此只要PNP三极管Q12与NPN三极管Q16导通，那么开关管Q13器件栅源即I脚和3脚两端电压就会被钳位到只有1.4V，由于开关管Q13的导通条件是1、3脚之间有5V以上触发电压，所以通过设置电阻町13、1?135、1?136、1?137、1?138参数，就能在电池供电输出端出现短路故障或超负荷电流时快速关断开关管Q13，从而断开电池放电回路。
[0025]当电池输出正端Vo/B+与输出地GND之间出现短路故障或者超负荷电流时，输出电压会快速降低，此时光耦Ul会快速关断从而断开开关管Q13即断开供电回路。
[0026]此本实用新型之电池过载和短路保护电路通过大量实验验证，在出现电池供电输出短路和超负荷电流时，能有效快速关断电池供电回路而不损坏电池放电回路器件。
[0027]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种电池过载和短路保护电路，用于连接于电池与负载之间，其特征在于:所述电路包括电池放电管理单元与电池放电保护单元，所述电池放电管理单元包括控制电压产生单元及电池通道单元，所述控制电压产生单元连接所述电池，以产生控制所述电池通道单元的第一控制电压和第二控制电压，所述电池通道单元连接所述第一控制电压、第二控制电压、所述电池负极，以在所述第一控制电压和第二控制电压控制下将输出地与所述电池负极接通，所述电池放电保护单元包括短路保护取样电路和放电控制电压产生单元，所述短路保护取样电路串接于所述电池通道单元中以产生一取样电压，所述放电控制电压产生单元与所述短路保护取样电路并联连接，以产生放电控制电压，其输出连接所述电池通道单元的开关管。
2.根据权利要求1所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述控制电压产生单元包括第一控制电压(VA)产生电路和第二控制电压(VC)产生电路，所述第一控制电压(VA)产生电路连接所述电池正极与地之间，以产生所述第一控制电压(VA)，所述第二控制电压(VC)产生电路连接所述电池正极与所述第一控制电压(VA)，以所述电池电压为控制电压，通过比较器控制光耦通断由所述第一控制电压(VA)产生所述第二控制电压(VC)0
3.根据权利要求2所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第一控制电压(VA)产生电路包括电阻(R54)、齐纳二极管(Dll)和滤波电容(C2)，所述电阻(R54)一端接所述电池正极，另一端与所述齐纳二极管(Dll)阴极相接为所述第一控制电压(VA)输出端，所述齐纳二极管(Dll)阳极接输出地，所述滤波电容(C2)和所述齐纳二极管(Dll)并联。
4.根据权利要求3所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第一控制电压(VA)产生电路还包括电容(Cl)，所述电容(Cl)连接在所述电池正极和输出地间起滤波作用。
5.根据权利要求2所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第二控制电压(VC)产生电路包括电阻(R81、R92、R123、R79、R82、R89、RU R80、R131)、比较器(U23A、U23B)、二极管(D19、D30)、齐纳二极管(DlO)、滤波电容(E15)、光耦(U7、Ul)和开关(S4)，所述电阻(R81)与串联连接的电阻(R92、R123)组成分压网络，所述电阻(R92)与电阻(R123)串联后接输出地，所述电阻(R81) —端接所述电池正极，另一端接所述比较器(U23B)的同相输入端，所述比较器(U23B)反相输入端接一基准电压，所述电阻(R79)跨接在所述比较器(U23B)同相输入端和输出端间，所述比较器(U23B)输出端接所述二极管(D19)阳极，所述二极管(D19)阴极接所述电阻(R82)，所述电阻(R82)另一端接所述比较器(U23A)同相输入端和并联连接的所述电阻(R89)、电容(E15)的一端，所述电阻(R89)、电容(E15)的另一端接输出地，所述电阻(R131)和二极管(D30)、开关(S4)依次串联并接在所述比较器(U23A)同相输入端和输出地间以用于测试，所述比较器(U23A)反相输入端接所述基准电压，所述比较器(U23A)输出端接所述电阻(R80)，所述电阻(R80)接所述光耦(U7)输入侧发光管阳极，所述光耦(U7)输入侧发光管阴极接输出地，同时所述电池正极还通过所述电阻(Rl)、齐纳二极管(DlO)连接至所述光耦(Ul)输入侧发光管阳极，所述光耦(Ul)输入侧发光管阴极接输出地，所述第一控制电压(VA)通过依次级联的所述光耦(U7)输出侧和所述光耦(Ul)输出侧连接控制输出所述第二控制电压(VC)，所述比较器(U23A、U23B)连接所述第一控制电压(VA)。
6.根据权利要求5所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第二控制电压(VC)和所述第一控制电压(VA)间还串接一开关(S3)用于测试。
7.根据权利要求5所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述基准电压由基准电压产生电路产生，所述基准电压产生电路产生包括串联于所述电池正极与输出地之间的电阻(R64)和单结晶体管(U16)，所述电阻(R64)上端接所述电池正极，于所述电阻(R64)下端输出所述基准电压。
8.根据权利要求1所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述电池通道单元包括电阻(R40)、开关管(Q13、Q14)以及连接于开关管(Q13、Q14)的控制栅的分压电阻(R31、R112、R32、R35)，所述电阻(R40) —端接输出地，其另一端和所述开关管(Q13)漏源极、所述短路保护取样电路、所述开关管(Q14)源漏极依次串联，并最终连接至所述电池负极，所述电阻(R31、R112)组成分压网络，所述电阻(R31)上端接所述第二控制电压(VC)，其中间点接所述开关管(Q13)控制栅极，所述电阻(R112)下端接所述开关管(Q13)源极，所述电阻(R32、R35)组成分压网络，所述电阻(R32)上端接所述第一控制电压(VA)，其中间点接所述开关管(Q14)控制栅极，所述电阻(R35)下端接所述开关管(Q14)源极。
9.根据权利要求8所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述短路保护取样电路包括一电阻(R113)，所述电阻(R113)串接于所述电池通道单元的电池通道的地线侧，以产生一取样电压。
10.根据权利要求9所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述放电控制电压产生单元包括电阻(R130、R135、R136、R137、138)、电容(C31、C32、C39)和三极管(Q12、Q16、Q17)，所述电容(C39、C31)下端、所述电阻(R136、R130)下端、所述三极管(Q16、Q17)发射极相连接于所述电阻(R113)右端，所述电阻(R135、R136)组成分压网络，所述电阻(R135)上端接所述电阻R113左端，其中间点接所述三极管(Q17)基极，所述电阻(R136)下端接所述三极管(Q17)发射极，所述三极管(Q17)集电极接所述电阻(R137)，所述电阻(R137)另一端接所述三极管(Q16)集电极、所述三极管(Q12)基极和所述电阻(R138)、电容(C32)，所述电阻(R138)和所述电容(C32)并联连接至所述开关管(Q13)控制栅极和所述三极管(Q12)的发射极，所述三极管(Q12)的集电极与所述三极管(Q16)基极和并联的电阻(R130)、电容(C31)的上端相连，并联连接的所述电阻(R138)、电容(C32)的上端为所述放电控制电压产生单元的输出，其连接至所述开关管(Q13)的控制栅极。
【文档编号】H02H7/18GK204243736SQ201420724763
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】刘爱国 申请人:武汉兴通力电源技术有限公司
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池过载和短路保护电路，包括电池放电管理单元与电池放电保护单元，电池放电管理单元包括控制电压产生单元及电池通道单元，控制电压产生单元连接电池，以产生控制电池通道单元的第一控制电压和第二控制电压，电池通道单元连接第一控制电压、第二控制电压、电池负极，以在第一控制电压和第二控制电压控制下将输出地与电池负极接通，电池放电保护单元包括短路保护取样电路和放电控制电压产生单元，短路保护取样电路串接于电池通道单元中以产生一取样电压，放电控制电压产生单元与短路保护取样电路并联连接，以产生放电控制电压，其输出连接电池通道单元的开关管，本实用新型可有效提高配网自动化终端系统持续供电的可靠性。
【专利说明】一种电池过载和短路保护电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及配网自动化远动终端领域，特别是涉及一种配网自动化远动终端开关电源模块化的电池过载和短路保护电路。
【背景技术】
[0002]随着现今社会的发展，特别是在电力行业对供电的连续性要求越来越高，因此电池作为一种后备电源在配电网自动化领域中得到了很广泛的应用。但是由于普通的电源模块对于电池放电回路没有完善与可靠的过电流保护电路与短路故障保护电路，当出现电池放电电流故障时，会造成电源和电池不可恢复性损坏，大大降低了配网自动化系统的可靠性。
实用新型内容
[0003]为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种电池过载和短路保护电路，于电池输出供电端出现过载电流或短路故障时通过检测放电回路电流与输出供电端电压，快速响应切断电池输出回路，有效地保护了电池输出端出现过载电流或短路故障时等不可控大电流造成的电池放电控制回路元器件损坏，并于故障排除后通过正常操作可恢复电池输出供电，有效地提高了配网自动化终端系统持续供电可靠性。
[0004]为达上述及其它目的，本实用新型提出一种电池过载和短路保护电路，用于连接于电池与负载之间，所述电路包括电池放电管理单元与电池放电保护单元，所述电池放电管理单元包括控制电压产生单元及电池通道单元，所述控制电压产生单元连接所述电池，以产生控制所述电池通道单元的第一控制电压和第二控制电压，所述电池通道单元连接所述第一控制电压、第二控制电压、所述电池负极，以在所述第一控制电压和第二控制电压控制下将输出地与所述电池负极接通，所述电池放电保护单元包括短路保护取样电路和放电控制电压产生单元，所述短路保护取样电路串接于所述电池通道单元中以产生一取样电压，所述放电控制电压产生单元与所述短路保护取样电路并联连接，以产生放电控制电压，其输出连接所述电池通道单元的开关管。
[0005]进一步地，所述控制电压产生单元包括第一控制电压VA产生电路和第二控制电压VC产生电路，所述第一控制电压VA产生电路连接所述电池正极与地之间，以产生所述第一控制电压(VA)，所述第二控制电压VC产生电路连接所述电池正极与所述第一控制电压(VA)，以所述电池电压为控制电压，通过比较器控制光耦通断由所述第一控制电压(VA)产生所述第二控制电压(VC)。
[0006]进一步地，所述第一控制电压VA产生电路包括电阻(R54)、齐纳二极管(Dll)和滤波电容(C2)，所述电阻(R54) —端接所述电池正极，另一端与所述齐纳二极管(Dll)阴极相接为所述第一控制电压(VA)输出端，所述齐纳二极管(Dll)阳极接输出地，所述滤波电容(C2)和所述齐纳二极管(Dll)并联。
[0007]进一步地，所述第一控制电压VA产生电路还包括电容(Cl)，所述电容(Cl)连接在所述电池正极和输出地间起滤波作用。
[0008]进一步地，所述第二控制电压VC产生电路包括电阻(R81、R92、R123、R79、R82、R89、R1、R80 及 R131)、比较器(U23A、U23B)、二极管(D19、D30)、齐纳二极管(DlO)、滤波电容(E15)、光耦(U7、U1)和开关(S4)，所述电阻(R81)与串联连接的电阻(R92、R123)组成分压网络，所述电阻(R92)与电阻(R123)串联后接输出地，所述电阻R81 —端接所述电池正极，另一端接所述比较器(U23B)的同相输入端，所述比较器(U23B)反相输入端接一基准电压，所述电阻(R79)跨接在所述比较器(U23B)同相输入端和输出端间，所述比较器(U23B)输出端接所述二极管(D19)阳极，所述二极管(D19)阴极接所述电阻(R82)，所述电阻(R82)另一端接所述比较器(U23A)同相输入端和并联连接的所述电阻(R89)、电容(E15)的一端，所述电阻(R89)、电容(E15)的另一端接输出地，所述电阻(R131)和二极管(D30)、开关
(S4)依次串联并接在所述比较器(U23A)同相输入端和输出地间以用于测试，所述比较器(U23A)反相输入端接所述基准电压，所述比较器(U23A)输出端接所述电阻(R80)，所述电阻(R80)接所述光耦(U7)输入侧发光管阳极，所述光耦(U7)输入侧发光管阴极接输出地，同时所述电池正极还通过所述电阻(Rl)、齐纳二极管(DlO)连接至所述光耦(Ul)输入侧发光管阳极，所述光耦(Ul)输入侧发光管阴极接输出地，所述第一控制电压(VA)通过依次级联的所述光耦(U7)输出侧和所述光耦(Ul)输出侧连接控制输出所述第二控制电压(VC)，所述比较器(U23A、U23B)连接所述第一控制电压(VA)。
[0009]进一步地，所述第二控制电压(VC)和所述第一控制电压(VA)间还串接一开关
(S3)用于测试。
[0010]进一步地，所述基准电压由基准电压产生电路产生，所述基准电压产生电路产生包括串联于所述电池正极与输出地之间的电阻(R64)和单结晶体管(U16)，所述电阻(R64)上端接所述电池正极，于所述电阻(R64)下端输出所述基准电压。
[0011]进一步地，所述电池通道单元包括电阻(R40)、开关管(Q13、Q14)以及连接于开关管Q13、Q14的控制栅的分压电阻(R31、R112、R32及R35)，所述电阻(R40) —端接输出地，其另一端和所述开关管(Q13)漏源极、所述短路保护取样电路、所述开关管(Q14)源漏极依次串联，并最终连接至所述电池负极，所述电阻(R31、R112)组成分压网络，所述电阻(R31)上端接所述第二控制电压(VC)，其中间点接所述开关管(Q13)控制栅极，所述电阻(R112)下端接所述开关管(Q13)源极，所述电阻(R32、R35)组成分压网络，所述电阻(R32)上端接所述第一控制电压(VA)，其中间点接所述开关管(Q14)控制栅极，所述电阻(R35)下端接所述开关管(Q14)源极。
[0012]进一步地，所述短路保护取样电路包括一电阻(R113)，所述电阻(R113)串接于所述电池通道单元的电池通道的地线侧，以产生一取样电压。
[0013]进一步地，所述放电控制电压产生单元包括电阻(R130、R135、R136、R137、138)、i容(C31、C32、C39)和三极管(Q12、Q16、Q17)，所述电容(C39、C31)下端、所述电阻(R136、R130)下端、所述三极管(Q16、Q17)发射极相连接于所述电阻(R113)右端，所述电阻(R135、R136)组成分压网络，所述电阻(R135)上端接所述电阻R113左端，其中间点接所述三极管(Q17)基极，所述电阻(R136)下端接所述三极管(Q17)发射极，所述三极管(Q17)集电极接所述电阻(R137)，所述电阻(R137)另一端接所述三极管(Q16)集电极、所述三极管(Q12)基极和所述电阻(R138)、电容(C32)，所述电阻(R138)和所述电容(C32)并联连接至所述开关管(Q13)控制栅极和所述三极管(Q12)的发射极，所述三极管(Q12)的集电极与所述三极管(Q16)基极和并联的电阻(R130)、电容(C31)的上端相连，并联连接的所述电阻(R138)、电容(C32)的上端为所述放电控制电压产生单元的输出，其连接至所述开关管(Q13)的控制栅极。
[0014]与现有技术相比，本实用新型一种电池过载和短路保护电路，当电池输出供电端出现过载电流或短路故障时通过检测放电回路电流与输出供电端电压，快速响应切断电池输出回路，有效地保护了电池输出端出现过载电流或短路故障时等不可控大电流造成的电池放电控制回路元器件损坏，并于故障排除后通过正常操作可恢复电池输出供电，有效地提高了配网自动化终端系统持续供电可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型一种电池过载和短路保护电路的电路框图；
[0016]图2及图3为本实用新型一种电池过载和短路保护电路较佳实施例的电路结构图；
[0017]图4为本实用新型较佳实施例中基准电压产生电路的电路示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】
【附图说明】本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
[0019]图1为本实用新型一种电池过载和短路保护电路的电路框图，图2及图3为本实用新型一种电池过载和短路保护电路较佳实施例的电路结构图。如图1、图2、图3所示，本实用新型一种电池过载和短路保护电路，包括电池放电管理单元10以及电池放电保护单元20，电池放电管理单元10连接于电池与负载之间，电池放电保护单元20连接电池放电管理单元10，电池放电管理单元10包括电池通道单元101和控制电压产生单元102两部分，控制电压产生单元102包括第一控制电压VA产生电路102a和第二控制电压VC产生电路102b，控制电压产生单元102用于产生控制电池通道单元101的第一控制电压VA和第二控制电压VC，其中第一控制电压VA产生电路102a包括电阻R54、齐纳二极管Dll和滤波电容 C2，第二控制电压 VC 产生电路 102b (图 3)包括电阻1?81、1?92、1?123、1?79、1?82、1?89、1?1、R80、R131，比较器U23，二极管D19和、D30、齐纳二极管D10，滤波电容E15，光耦U7、U1和开关S3、S4，其以电池电压Vo/B+为控制电压，通过比较器控制光耦通断由第一控制电压VA产生第二控制电压VC，电池通道单元101包括串联连接的电阻R40、开关管Ql3、开关管Q14以及连接于开关管Q13、Q14的控制栅的分压电阻R31、R112及R32、R35，电池通道单元101用于在第一控制电压VA和第二控制电压VC控制下将输出地GND和电池负极B-接通；电池放电保护单元20包括短路保护取样电路201和放电控制电压产生单元202，串接于电池通道单元中的电阻R113为短路保护取样，放电控制电压产生单元202包括电阻R130、R135-138，电容 C31-32、C39 和三极管 Q12、Q16-17。
[0020]第一控制电压VA产生电路102a的电阻R54上端接电池正端Vo/B+，其下端和齐纳二极管Dll阴极相接为第一控制电压VA输出端，齐纳二极管Dll阳极接输出地GND，滤波电容C2和齐纳二极管Dll并联，电容Cl连接在电池正端Vo/B+和输出地GND间起滤波作用；电池通道单元101的电阻R40之一端接输出地GND，其另一端和开关管Q13漏源极、电阻R113、开关管Q14源漏极依次串联，并最终连接至电池负极B-，电阻R31、R112组成分压网络，R31上端接第二控制电压VC，其中间点接开关管Q13控制栅极，R112下端接开关管Q13源极，电阻R32、R35组成分压网络，R32上端接第一控制电压VA，其中间点接开关管Q14控制栅极，R35下端接开关管Q14源极；电池放电保护单元20的短路保护取样电路R113串接于电池通道的地线侧，其产生一取样电压，根据电流流向，R113左端为正右端为负，放电控制电压产生单元202并接于电阻Rl 13两端，即电阻Rl35上端接电阻Rl 13左端，电容C39、C31下端、电阻R136、R130下端、NPN三极管Q16-17发射极相连接电阻R113右端，电阻R135、R136组成分压网络，R135上端接电阻R113左端，其中间点接三极管Q17基极，R136下端接三极管Q17发射极，三极管集电极接电阻R137，电阻R137另一端接三极管Q16集电极、PNP三极管Q12基极和电阻R138、电容C32，电阻R138和电容C32并联连接至开关管Q13控制栅极和NPN三极管Q12的发射极，NPN三极管Q12的集电极与NPN三极管Q16基极和并联的电阻R130、电容C31的上端相连，放电控制电压产生单元202的输出(并联连接的电阻R138、电容C32的上端)连接至开关管Q13控制栅极；第二控制电压VC产生电路102b的电阻R81与串联连接的电阻R92、R123组成分压网络，电阻R92与Rl23串联后接输出地GND，电阻R81上端接电池正端VoB+，其下端接比较器U23B的同相输入端，比较器U23B反相输入端基准电压2.5V3，该基准电压2.5V3由基准电压产生电路产生，电阻R79跨接在比较器U23B同相输入端和输出端间，比较器U23B输出端接二极管D19阳极，二极管D19阴极接电阻R82，电阻R82另一端接比较器U23A同相输入端和并联连接的电阻R89、电容E15的上端，电阻R89、电容E15的下端接输出地GND，电阻R131和正向二极管D30、开关S4依次串联并接在比较器U23A同相输入端和输出地GND间以用于测试，比较器U23A反相输入端基准电压2.5V3，比较器U23A输出端接电阻R80，电阻R80接光耦U7输入侧发光管阳极，光耦U7输入侧发光管阴极接输出地GND，同时电池正端Vo/B+还通过电阻R1、齐纳二极管DlO连接至光耦Ul输入侧发光管阳极，光耦Ul输入侧发光管阴极接输出地GND，第一控制电压VA通过依次级联的光耦U7输出侧和光耦Ul输出侧连接至第二控制电压VC，这样在电池电压正常时可由第一控制电压VA产生第二控制电压VC，第二控制电压VC和第一控制电压VA间还串接一开关S3用于测试，比较器U23 (含U23A和U23B)用第一控制电压VA供电。
[0021]图4为本发明较佳实施例中基准电压产生电路的电路示意图。其中，电阻R64和单结晶体管U16串联组成基准电压产生电路，电阻R64上端接电池正端Vo/B+，于电阻R64下端输出基准电压2.5V3。
[0022]请继续参照图2-图4，当开关“S3(按一下开关就闭合，松开就断开)”被按下后，电池放电电流由电池正端Vo/B+起始，通过电阻R40、开关管Q13、电阻Rl 13、开关管Q14形成电池放电电流回到电池负端B-，由于电阻R40、开关管Q13、电阻R113、开关管Q14串联阻抗较小，所以输出端口电压略等于电池电压。
[0023]当输出端电压没有低于最低电池供电电压时，比较器U23A与U23B输出高电平维持光耦U7导通，当输出端电压没有低于电阻R1。齐纳二极管DlO设置的最低电压时维持光耦Ul导通，则能由第一控制电压VA产生第二控制电压VC，同时按下开关S3后通过设置电阻R31和电阻R112的阻值就能让Q13持续导通的最低电池电压。
[0024]当输出端电池正端Vo/B+与输出地GND之间出现短路故障或者超负荷电流时，在R113电阻上形成的电势差会立即触发NPN三极管Q17导通，然后触发PNP三极管Q12与NPN三极管Q16导通。由于PNP三极管Q12、NPN三极管Q16组成的电路与开关管Q13的栅极I端、源极3端脚处于并联关系，且PNP三极管Q12与NPN三极管Q16导通总压降和只有1.4V，因此只要PNP三极管Q12与NPN三极管Q16导通，那么开关管Q13器件栅源即I脚和3脚两端电压就会被钳位到只有1.4V，由于开关管Q13的导通条件是1、3脚之间有5V以上触发电压，所以通过设置电阻町13、1?135、1?136、1?137、1?138参数，就能在电池供电输出端出现短路故障或超负荷电流时快速关断开关管Q13，从而断开电池放电回路。
[0025]当电池输出正端Vo/B+与输出地GND之间出现短路故障或者超负荷电流时，输出电压会快速降低，此时光耦Ul会快速关断从而断开开关管Q13即断开供电回路。
[0026]此本实用新型之电池过载和短路保护电路通过大量实验验证，在出现电池供电输出短路和超负荷电流时，能有效快速关断电池供电回路而不损坏电池放电回路器件。
[0027]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种电池过载和短路保护电路，用于连接于电池与负载之间，其特征在于:所述电路包括电池放电管理单元与电池放电保护单元，所述电池放电管理单元包括控制电压产生单元及电池通道单元，所述控制电压产生单元连接所述电池，以产生控制所述电池通道单元的第一控制电压和第二控制电压，所述电池通道单元连接所述第一控制电压、第二控制电压、所述电池负极，以在所述第一控制电压和第二控制电压控制下将输出地与所述电池负极接通，所述电池放电保护单元包括短路保护取样电路和放电控制电压产生单元，所述短路保护取样电路串接于所述电池通道单元中以产生一取样电压，所述放电控制电压产生单元与所述短路保护取样电路并联连接，以产生放电控制电压，其输出连接所述电池通道单元的开关管。
2.根据权利要求1所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述控制电压产生单元包括第一控制电压(VA)产生电路和第二控制电压(VC)产生电路，所述第一控制电压(VA)产生电路连接所述电池正极与地之间，以产生所述第一控制电压(VA)，所述第二控制电压(VC)产生电路连接所述电池正极与所述第一控制电压(VA)，以所述电池电压为控制电压，通过比较器控制光耦通断由所述第一控制电压(VA)产生所述第二控制电压(VC)0
3.根据权利要求2所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第一控制电压(VA)产生电路包括电阻(R54)、齐纳二极管(Dll)和滤波电容(C2)，所述电阻(R54)一端接所述电池正极，另一端与所述齐纳二极管(Dll)阴极相接为所述第一控制电压(VA)输出端，所述齐纳二极管(Dll)阳极接输出地，所述滤波电容(C2)和所述齐纳二极管(Dll)并联。
4.根据权利要求3所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第一控制电压(VA)产生电路还包括电容(Cl)，所述电容(Cl)连接在所述电池正极和输出地间起滤波作用。
5.根据权利要求2所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第二控制电压(VC)产生电路包括电阻(R81、R92、R123、R79、R82、R89、RU R80、R131)、比较器(U23A、U23B)、二极管(D19、D30)、齐纳二极管(DlO)、滤波电容(E15)、光耦(U7、Ul)和开关(S4)，所述电阻(R81)与串联连接的电阻(R92、R123)组成分压网络，所述电阻(R92)与电阻(R123)串联后接输出地，所述电阻(R81) —端接所述电池正极，另一端接所述比较器(U23B)的同相输入端，所述比较器(U23B)反相输入端接一基准电压，所述电阻(R79)跨接在所述比较器(U23B)同相输入端和输出端间，所述比较器(U23B)输出端接所述二极管(D19)阳极，所述二极管(D19)阴极接所述电阻(R82)，所述电阻(R82)另一端接所述比较器(U23A)同相输入端和并联连接的所述电阻(R89)、电容(E15)的一端，所述电阻(R89)、电容(E15)的另一端接输出地，所述电阻(R131)和二极管(D30)、开关(S4)依次串联并接在所述比较器(U23A)同相输入端和输出地间以用于测试，所述比较器(U23A)反相输入端接所述基准电压，所述比较器(U23A)输出端接所述电阻(R80)，所述电阻(R80)接所述光耦(U7)输入侧发光管阳极，所述光耦(U7)输入侧发光管阴极接输出地，同时所述电池正极还通过所述电阻(Rl)、齐纳二极管(DlO)连接至所述光耦(Ul)输入侧发光管阳极，所述光耦(Ul)输入侧发光管阴极接输出地，所述第一控制电压(VA)通过依次级联的所述光耦(U7)输出侧和所述光耦(Ul)输出侧连接控制输出所述第二控制电压(VC)，所述比较器(U23A、U23B)连接所述第一控制电压(VA)。
6.根据权利要求5所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述第二控制电压(VC)和所述第一控制电压(VA)间还串接一开关(S3)用于测试。
7.根据权利要求5所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述基准电压由基准电压产生电路产生，所述基准电压产生电路产生包括串联于所述电池正极与输出地之间的电阻(R64)和单结晶体管(U16)，所述电阻(R64)上端接所述电池正极，于所述电阻(R64)下端输出所述基准电压。
8.根据权利要求1所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述电池通道单元包括电阻(R40)、开关管(Q13、Q14)以及连接于开关管(Q13、Q14)的控制栅的分压电阻(R31、R112、R32、R35)，所述电阻(R40) —端接输出地，其另一端和所述开关管(Q13)漏源极、所述短路保护取样电路、所述开关管(Q14)源漏极依次串联，并最终连接至所述电池负极，所述电阻(R31、R112)组成分压网络，所述电阻(R31)上端接所述第二控制电压(VC)，其中间点接所述开关管(Q13)控制栅极，所述电阻(R112)下端接所述开关管(Q13)源极，所述电阻(R32、R35)组成分压网络，所述电阻(R32)上端接所述第一控制电压(VA)，其中间点接所述开关管(Q14)控制栅极，所述电阻(R35)下端接所述开关管(Q14)源极。
9.根据权利要求8所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述短路保护取样电路包括一电阻(R113)，所述电阻(R113)串接于所述电池通道单元的电池通道的地线侧，以产生一取样电压。
10.根据权利要求9所述的一种电池过载和短路保护电路，其特征在于:所述放电控制电压产生单元包括电阻(R130、R135、R136、R137、138)、电容(C31、C32、C39)和三极管(Q12、Q16、Q17)，所述电容(C39、C31)下端、所述电阻(R136、R130)下端、所述三极管(Q16、Q17)发射极相连接于所述电阻(R113)右端，所述电阻(R135、R136)组成分压网络，所述电阻(R135)上端接所述电阻R113左端，其中间点接所述三极管(Q17)基极，所述电阻(R136)下端接所述三极管(Q17)发射极，所述三极管(Q17)集电极接所述电阻(R137)，所述电阻(R137)另一端接所述三极管(Q16)集电极、所述三极管(Q12)基极和所述电阻(R138)、电容(C32)，所述电阻(R138)和所述电容(C32)并联连接至所述开关管(Q13)控制栅极和所述三极管(Q12)的发射极，所述三极管(Q12)的集电极与所述三极管(Q16)基极和并联的电阻(R130)、电容(C31)的上端相连，并联连接的所述电阻(R138)、电容(C32)的上端为所述放电控制电压产生单元的输出，其连接至所述开关管(Q13)的控制栅极。
【文档编号】H02H7/18GK204243736SQ201420724763
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】刘爱国 申请人:武汉兴通力电源技术有限公司
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1