一种电源防短路保护系统的制作方法

文档序号:11109219阅读:923来源:国知局
一种电源防短路保护系统的制造方法与工艺

本发明涉及电源领域,特别涉及应急电源的一种电源防短路保护系统。



背景技术:

随着社会的进步,越来越多人拥有私人汽车,但是往往使用不当会导致很多问题的出现,例如人离开时忘记关车灯,或者忘记关闭车载电子设备,长时间使用使得车载的蓄电池很容易就会出现电量不足的情况,而且在下次启动车辆时,所使用的电源也是通过该蓄电池提供,当蓄电池电量不足时会导致汽车启动失败,这时候,就需要使用汽车应急启动电源临时为汽车启动提供电源。但是,因为汽车电池(车载的蓄电池)及应急启动电源都具有可产生瞬间大电流的特点,若使用应急启动电源作为汽车启动电源时,稍有不注意产生短接或者反接,瞬间可产生上千安培的大电流,不但会造成应急启动电源损坏,甚至造成起火或者导致使用者受伤。

为此,很多厂家在汽车应急启动电源上开始研究防反接和短路电路,如专利申请号为:200520054634.1公开的一种多功能汽车启动电源,因应急启动电源(内置蓄电池)与车载的蓄电池之间所连接的防反接短路保护电路由继电器具体控制电流通路,众所周知应急启动电源及车载的蓄电池都具有可产生瞬间大电流的特点,所以继电器必须得使用大型继电器,故存在用继电器构成的防反接短路保护电路较为笨重的缺陷;因当正确连接上车载的蓄电池时电流通路立即开通,从而存在电池夹在夹车载的蓄电池的过程中出现打火现象的缺陷,虽设有轻触开关启动应急启动电源,那只是取掉车载的蓄电池而使用的;为了从车载的工作点取出电池夹后能断开应急启动电源到电池夹电流通路,在电池夹上、下两块夹板内侧分别设有平时互不接触点,并分别引线至防反接短路保护电路,故存在电池夹不能用单一引线至防反接短路保护电路的缺陷。

如今埋电池的进步促使了其大范围使用,使用埋电池作为应急启动电源已经成为行业内普遍的做法,而用继电器构成应急启动电源电流通路的防反接短路保护电路体积过于庞大和笨重,其往往使用在应急启动电源为12V18AH铅酸免维护蓄电池,整个系统大约10公斤重,所以无法考虑便携的问题,但当应急启动电源换成埋电池以后,整个系统重量仅仅400克,这种用继电器构成应急启动电源电流通路的防反接短路保护电路的体积与重量就显然不适合了。故有以半导体器件构成应急启动电源电流通路的防反接短路保护电路出现,如专利申请号为:201410399268.7公开的一种应急电源防短路保护系统,应急启动电源与车载的蓄电池之间所连接的防反接短路保护电路釆用场效应管控制电流通路,克服了用继电器构成的防反接短路保护电路较为笨重的缺陷,但还存在:因当正确连接上车载的蓄电池时电流通路立即开通,从而存在电池夹在夹车载的蓄电池的过程中出现打火现象的缺陷;为了从车载的工作点取出电池夹后能断开应急启动电源到电池夹电流通路,在电池夹上、下两块夹板内侧分别设有平时互不接触点,并分别引线至防反接短路保护电路,故存在电池夹不能用单一引线至防反接短路保护电路的缺陷。又如专利申请号为:201520322213.6公开的一种应急电源防短路保护系统,结合该实用的附图读懂:急启动电源与车载的蓄电池(备用电池)之间连接的防反接短路保护电路用样釆用场效应管控制电流通路,克服了用继电器构成的防反接短路保护电路较为笨重的缺陷;但该实用同样还存在:因当正确连接上车载的蓄电池时电流通路立即开通,从而存在电池夹在夹车载的蓄电池的过程中出现打火现象的缺陷,虽设有轻触开关启动应急启动电源,那只是取掉车载的蓄电池而使用的;为了从车载的工作点取出电池夹后能断开应急启动电源到电池夹电流通路,在电池夹上、下两块夹板内侧分别设有平时互不接触点,并分别引线至防反接短路保护电路,故存在电池夹不能用单一引线至防反接短路保护电路的缺陷;该实用还有一严重缺陷的是:如果急启动电源接反,可能会导致比较运放损坏。

众所周知:车载的蓄电池容量标称一般为12V,45AH以上,而临时过放电后的剩余电量一般都完全能满足给几瓦的小功率电路供电;所以为了便于应急启动电源与车载连接启动汽车后,取下电池夹结束,常常是用应急启动电源启动汽车过程中是保留车载电池的。



技术实现要素:

本发明的目的是为克服己有技术的不足之处,针对应急启动电源通过电池夹连接在车载的蓄电池两极并保留蓄电池而启动汽车的方式,提出一种电源防短路保护系统,除体积小、应急电源防短路、防反接,防反充电保护外,还具有:①当正确连接上车载的蓄电池和应急启动电源后,通过操作轻触开关开启应急启动电源的电流通路,从而确保了电池夹在夹车载的蓄电池的过程中不会出现打火的现象;②从车载的蓄电池上取出电池夹后立即断开应急启动电源到电池夹电流通路,且不需要在电池夹上、下两块夹板内侧分别设有平时互不接触点,只要用单一引线就行。

为了实现上述的目的,本发明的技术方案是:

一种电源防短路保护系统,由连接有电源端口、第一电池夹、第二电池夹的保护电路组成,电源端口与外部备用电池的对应端口相连接,第一电池夹和第二电池夹分别与汽车的电池的两电极相连接;所述保护电路包括:第一光电藕合器、第二光电藕合器、开关二极管、可控硅、轻触开关、第一发光二极管、第二发光二极管、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5;所述开关二极管的阳极与可控硅的阳极并接后通过导线接入电源端口的正极接线端,开关二极管的阴极与第一光电藕合器中光敏三极管的集电极相连接;电阻R3的一端、电阻R4的一端及第一发光二极管的阳极相互并接后与第一光电藕合器中光敏三极管的发射极相连接;电阻R3的另一端、可控硅的栅极及第二光电藕合器中光敏三极管的集电极相互并接;第一发光二极管的阴极与电阻R2的一端相连接;电阻R1的一端与电阻R5的一端并接后通过导线分别接入电源端口的负极接线端和第二电池夹的接线端;电阻R1的另一端通过轻触开关与第一光电藕合器中发光二极管的阴极相连接;电阻R5的另一端与第二发光二极管的阳极相连接,第二发光二极管的阴极与第二光电藕合器中发光二极管的阳极相连接;可控硅的阴极、电阻R4的另一端、电阻R2的另一端、第一光电藕合器中发光二极管的阳极、第二光电藕合器中光敏三极管的发射极及第二光电藕合器中发光二极管的阴极相并接后通过导线接入第一电池夹的接线端。

以上所述的可控硅为单向可控硅,且可控硅的维持电流大于流过电阻R1的最大电流。

以上所述轻触开关为一路常开触点轻触开关。

以上所述电源端口以物理导向防外部备用电池反向接入保护电路。

功能有:

当外部备用电池正向或反向接入保护电路后,第一电池夹和第二电池夹不接向汽车的电池,而处于开路或短路状态时,可控硅处于关断状态,且与是否按下轻触开关无关,故外部备用电池不会被短路;

当汽车的电池正向或反向接入保护电路后,电源端口不与外部备用电池连接,电源端口内两电极处于开路或短路状态时,可控硅处于关断状态,且与是否按下轻触开关无关,故汽车的电池不会被短路;

当外部备用电池和汽车的电池均反向接入保护电路时,可控硅处于关断状态,且与是否按下轻触开关无关,故汽车的电池不会被充电;

当外部备用电池反向接入保护电路和汽车的电池正向接入保护电路时,可控硅处于关断状态,且与是否按下轻触开关无关,故外部备用电池与汽车的电池头尾不会串接成放电而短路;

当汽车的电池反向接入保护电路和外部备用电池正向接入保护电路时,可控硅处于关断状态,且与是否按下轻触开关无关,故外部备用电池与汽车的电池头尾不会串接成放电而短路;

当汽车的电池和外部备用电池均正向接入保护电路时,在按下轻触开关前,可控硅处于关断状态,当按下轻触开关,可控硅导通,外部备用电池向汽车的电池充电,因汽车的电池在充电前处于亏电状态,故充电流远大于可控硅的擎住电流,所以可控硅导通后,加到可控硅栅极的控制电压失去作用,松开轻触开关,外部备用电池保持正常向汽车的电池充电;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,启动汽车成功后,汽车发电机开始发电,并向汽车的电池充电,该电压远高于外部备用电池电压,从而形成反向电压加可控硅的阳极与阴极之间,将可控硅关断状态,故不会形成反向电流向外部备用电池充电,即不会形成反向电流损坏外部备用电池,所以汽车发电机发电向汽车的电池充电过程中,不从汽车的电池上取下电池夹,也不会有反向电池向外部备用电池充电;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,当充电电流加上流过电阻R1的电流小于可控硅的维持电流,将可控硅关断状态;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,从汽车的电池上取下电池夹,可控硅被关断;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,从电源端口取下外部备用电池,可控硅被关断;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,可控硅关断后,需再次操作轻触开关才能实现再次向汽车的电池充电,故启动汽车成功,汽车发电机发电后,不操作轻触开关,外部备用电池不再有向汽车的电池充电的可能。

有益效果:

本发明实现了除体积小、应急电源防短路、防反接,防反充电保护外,实现了①当正确连接上车载的蓄电池和应急启动电源后,通过操作轻触开关开启应急启动电源的电流通路,从而确保了电池夹在夹车载的蓄电池的过程中不会出现打火的现象;②从车载的蓄电池上取出电池夹后立即断开应急启动电源到电池夹电流通路,且不需要在电池夹上、下两块夹板内侧分别设有平时互不接触点,只要用单一引线就行。

附图说明

图1为本发明的一种电源防短路保护系统的连接示意图;

图2为本发明的一种电源防短路保护系统的保护电路的原理图;

图中:100.保护电路,A.电源端口,B1.第一电池夹,B2.第二电池夹,LED1.第一发光二极管,LED2.第二发光极管,U1.第一光电藕合器,U2.第二光电藕合器,D.开关二极管,VS.可控硅,R1、R2、R3、R4、R5.电阻,SW.轻触开关。

具体实施方式

如图1、图2所示,一种电源防短路保护系统,由连接有电源端口A、第一电池夹B1、第二电池夹B2的保护电路100组成,电源端口A与外部备用电池的对应端口相连接,第一电池夹B1和第二电池夹B2分别与汽车的电池的两电极相连接;所述保护电路100包括:第一光电藕合器U1、第二光电藕合器U2、开关二极管D、可控硅VS、轻触开关SW、第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5;所述开关二极管D的阳极与可控硅VS的阳极并接后通过导线接入电源端口A的正极接线端Vin+,开关二极管D的阴极与第一光电藕合器U1中光敏三极管的集电极相连接;电阻R3的一端、电阻R4的一端及第一发光二极管LED1的阳极相互并接后与第一光电藕合器U1中光敏三极管的发射极相连接;电阻R3的另一端、可控硅VS的栅极(控制极)及第二光电藕合器U2中光敏三极管的集电极相互并接;第一发光二极管LED1的阴极与电阻R2的一端相连接;电阻R1的一端与电阻R5的一端并接后通过导线分别接入电源端口A的负极接线端Vin-和第二电池夹B2的接线端;电阻R1的另一端通过轻触开关SW与第一光电藕合器U1中发光二极管的阴极相连接;电阻R5的另一端与第二发光二极管LED2的阳极相连接,第二发光二极管LED2的阴极与第二光电藕合器U2中发光二极管的阳极相连接;可控硅VS的阴极、电阻R4的另一端、电阻R2的另一端、第一光电藕合器U1中发光二极管的阳极、第二光电藕合器U2中光敏三极管的发射极及第二光电藕合器U2中发光二极管的阴极相并接后通过导线接入第一电池夹B1的接线端。

以上所述开关二极管D用于第一光电藕合器U1中光敏三极管支路的反向保护。

以上所述轻触开关SW为一路常开触点的轻触开关,当按下轻触开关SW,触点闭合,当松开轻触开关SW,触点恢复为断开;轻触开关SW用于第一光电藕合器U1中发光二极管的电流通路通断控制,电阻R1是第一光电藕合器U1中发光二极管的限流电阻。

第一光电藕合器U1的光敏三极管用于是否将触发信号送至可控硅VS的栅极(控制极)和第一发光二极管LED1的阳极通断控制。

电阻R5是限流电阻,限制流过第二发光二极管LED2和第二光电藕合器U2中发光二极管的电流。

当汽车的电池反向接入保护电路100时,第二发光二极管LED2发光,第二光电藕合器U2中发光二极管导通发光,第二光电藕合器U2中光敏三极管导通,第二光电藕合器U2中光敏三极管将可控硅VS的栅极与可控硅VS的阴极短接;此时不管是否按下轻触开关SW,第一光电藕合器U1中发光二极管均不发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管截止。

当汽车的电池正向接入保护电路100时,第二发光二极管LED2反向截止(不发光),第二光电藕合器U2中发光二极管反向截止不发光,第二光电藕合器U2中光敏三极管截止,第二光电藕合器U2中光敏三极管不将可控硅VS的栅极与可控硅VS的阴极短接;此时当不按下轻触开关SW,第一光电藕合器U1中发光二极管不发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管截止;若此时当按下轻触开关SW,第一光电藕合器U1中发光二极管导通发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管导通。

当汽车的电池不接入保护电路100时,将第一电池夹B1与第二电池夹B2处开路状态,不管外部备用电池是正向还是反向接入保护电路100,第二发光二极管LED2、第一光电藕合器U1中发光二极管及第二光电藕合器U2中发光二极管均不发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管和第二光电藕合器U2中光敏三极管均截止,此时既使按下轻触开关SW,第一光电藕合器U1中发光二极管也不会发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管保持截止;且当外部备用电池是反向接入保护电路100时,加到可控硅VS阳极与阴极电压为反向。

当汽车的电池不接入保护电路100时,将第一电池夹B1与第二电池夹B2处短路状态,不管外部备用电池是正向还是反向接入保护电路100,第二发光二极管LED2、第一光电藕合器U1中发光二极管及第二光电藕合器U2中发光二极管均不发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管和第二光电藕合器U2中光敏三极管均截止,此时既使按下轻触开关SW,第一光电藕合器U1中发光二极管也不会发光,第一光电藕合器U1中光敏三极管保持截止;且当外部备用电池是反向接入保护电路100时,加到可控硅VS阳极与阴极电压为反向。

当外部备用电池不接入保护电路100时,将电源端口A中正、负极处开路状态,不管汽车的电池是正向还是反向接入保护电路100,也不管是否按下轻触开关SW,均无触发信号到达可控硅VS的栅极,第一发光二极管LED1也不会闪烁一下。

当外部备用电池不接入保护电路100时,将电源端口A中正、负极短路,不管汽车的电池是正向还是反向接入保护电路100,也不管是否按下轻触开关SW,均无触发信号到达可控硅VS的栅极,第一发光二极管LED1也不会闪烁一下。

当外部备用电池和汽车的电池均反向接入保护电路100时,不管是否按下轻触开关SW,均无触发信号到达可控硅VS的栅极,第一发光二极管LED1也不会闪烁一下;且由于汽车的电池处于亏电,加入到可控硅VS的阳极与阴极间电压反向。

当外部备用电池反向接入保护电路100、汽车的电池正向接入保护电路100时,不管是否按下轻触开关SW,均无触发信号到达可控硅VS的栅极,第一发光二极管LED1也不会闪烁一下;且加入到可控硅VS的阳极与阴极间电压反向。

当外部备用电池正向接入保护电路100、汽车的电池反向接入保护电路100时,不管是否按下轻触开关SW,均无触发信号到达可控硅VS的栅极,第一发光二极管LED1也不会闪烁一下。

当外部备用电池和汽车的电池均正向接入保护电路100时,在按下轻触开关SW前,可控硅VS处于关断状态,当按下轻触开关SW,有触发信号到达可控硅VS的栅极,可控硅VS导通,且第一发光二极管LED1会闪烁一下,外部备用电池向汽车的电池充电,因汽车的电池在充电前处于亏电状态,故充电流远大于可控硅VS的擎住电流,所以可控硅VS导通后,加到可控硅VS栅极的控制电压失去作用,松开轻触开关SW,外部备用电池保持正常向汽车的电池充电。

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,启动汽车成功后,汽车发电机开始发电,并向汽车的电池充电,该电压远高于外部备用电池(外部的锂电池)电压,从而形成反向电压加可控硅VS的阳极与阴极之间,将可控硅VS关断状态,故不会形成反向电流向外部备用电池(外部的锂电池)充电,即不会形成反向电流损坏外部备用电池(外部的锂电池),所以汽车发电机发电向汽车的电池充电过程中,不从汽车的电池上取下电池夹,也不会有反向电池向外部备用电池(外部的锂电池)充电。

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,当充电电流加上流过电阻R1的电流小于可控硅VS的维持电流,将可控硅VS关断状态。

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,从汽车的电池上取下电池夹,可控硅VS被关断。

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,从电源端口A取下外部备用电池,可控硅VS被关断。

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,可控硅VS关断后,需再次操作轻触开关SW才能实现再次向汽车的电池充电,故启动汽车成功,汽车发电机发电后,不操作轻触开关SW,外部备用电池不再有向汽车的电池充电的可能。

电源端口A是用于保护电路100与外部备用电池连接端口,其与外部备用电池输出端口相对应连接,以物理导向防外部备用电池反向接入保护电路100。当然当外部备用电池反向接入保护电路100,保护电路100也起到反接保护作用。

所述保护电路100安装在封闭的盒体内,通过对盒体打孔,将轻触开关SW的按钮、第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2设于盒体外表面上。

第二发光二极管LED2设置为发红光的光二极管,第一发光二极管LED1设置为发绿光的光二极管。

可控硅VS用于具体控制充电电路通断,本发明选用单向可控硅,且选择的单向可控硅导的维持电流应大于通过电阻R1流过的最大电流,从而确保:外部备用电池向汽车的电池充电过程中,先取下电池夹时,使流过可控硅VS电流小于维持电流,从而将可控硅VS关断;因为防止有用户按住轻触开关SW取下电池夹,所以要求选择的单向可控硅导的维持电流应大于通过电阻R1流过的最大电流。为了当外部备用电池正向接入保护电路100后,第一电池夹B1和第二电池夹B2不接向汽车的电池,而处于开路状态,确保漏电流流过第一光电藕合器U1中发光二极管不发光,故还应该选择漏电流小的单向可控硅。

本发明实现的功能有:

当外部备用电池正向或反向接入保护电路100后,第一电池夹B1和第二电池夹B2不接向汽车的电池,而处于开路或短路状态时,可控硅VS处于关断状态,且与是否按下轻触开关SW无关,故外部备用电池不会被短路;

当汽车的电池正向或反向接入保护电路100后,电源端口A不与外部备用电池连接,电源端口A内两电极处于开路或短路状态时,可控硅VS处于关断状态,且与是否按下轻触开关SW无关,故汽车的电池不会被短路;

当外部备用电池和汽车的电池均反向接入保护电路100时,可控硅VS处于关断状态,且与是否按下轻触开关SW无关,故汽车的电池不会被充电;

当外部备用电池反向接入保护电路100和汽车的电池正向接入保护电路100时,可控硅VS处于关断状态,且与是否按下轻触开关SW无关,故外部备用电池与汽车的电池头尾不会串接成放电而短路;

当汽车的电池反向接入保护电路100和外部备用电池正向接入保护电路100时,可控硅VS处于关断状态,且与是否按下轻触开关SW无关,故外部备用电池与汽车的电池头尾不会串接成放电而短路;

当汽车的电池和外部备用电池均正向接入保护电路100时,在按下轻触开关SW前,可控硅VS处于关断状态,当按下轻触开关SW,可控硅VS导通,外部备用电池向汽车的电池充电,因汽车的电池在充电前处于亏电状态,故充电流远大于可控硅VS的擎住电流,所以可控硅VS导通后,加到可控硅VS栅极的控制电压失去作用,松开轻触开关SW,外部备用电池保持正常向汽车的电池充电;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,启动汽车成功后,汽车发电机开始发电,并向汽车的电池充电,该电压远高于外部备用电池(外部的锂电池)电压,从而形成反向电压加可控硅VS的阳极与阴极之间,将可控硅VS关断状态,故不会形成反向电流向外部备用电池(外部的锂电池)充电,即不会形成反向电流损坏外部备用电池(外部的锂电池),所以汽车发电机发电向汽车的电池充电过程中,不从汽车的电池上取下电池夹,也不会有反向电池向外部备用电池(外部的锂电池)充电;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,当充电电流加上流过电阻R1的电流小于可控硅VS的维持电流,将可控硅VS关断状态;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,从汽车的电池上取下电池夹,可控硅VS被关断;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,从电源端口A取下外部备用电池,可控硅VS被关断;

当外部备用电池向汽车的电池正在充电过程中,可控硅VS关断后,需再次操作轻触开关SW才能实现再次向汽车的电池充电,故启动汽车成功,汽车发电机发电后,不操作轻触开关SW,外部备用电池不再有向汽车的电池充电的可能。

使用方法

1)当将汽车的电池接入保护电路100后,第二发光二极管发光LED2发光,说明汽车的电池反向接入到保护电路100上;

2)当将汽车的电池接入保护电路100后,第二发光二极管发光LED2不发光,说明汽车的电池正向接入到保护电路100上;

3)当将汽车的电池正向接在保护电路100上,按下轻触开关SW,第一发光二极管发光LED1不闪烁一下,说明外部备用电池沒有接入保护电路100或外部备用电池反向接入保护电路100;

4)当将汽车的电池正向接在保护电路100上,按下轻触开关SW,第一发光二极管发光LED1闪烁一下,说明外部备用电池正向接入保护电路100,且触发可控硅VS导通。

本发明中:

当外部备用电池的正极与电源端口A的正极接线端Vin+相通,外部备用电池的负极电源端口A的负极接线端Vin-相通时,表明外部备用电池正向接入保护电路100;当外部备用电池的正极与电源端口A的负极接线端Vin-相通,外部备用电池的负极电源端口A的正极接线端Vin+相通时,表明外部备用电池反向接入保护电路100。

当汽车的电池的正极与第一电池夹B1相通,汽车的电池的负极第二电池夹B2相通时,表明汽车的电池正向接入保护电路100;当汽车的电池的正极与第二电池夹B2相通,汽车的电池的负极第一电池夹B1相通时,表明汽车的电池反向接入保护电路100。

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