一种应急电源防短路保护装置的制作方法

本实用新型涉及电源领域，特别是应急电源的一种防短路保护装置。

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。

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：

本实用新型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，提出一种应急电源防短路保护装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种应急电源防短路保护装置，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、稳压二极管VD、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、第三发光二极管LED3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；开关二极管D的阳极与第一电阻R1的一端相互连接后通过导线分别接入电源端口A的正极接线端和第一电池夹B1的接线端；开关二极管D的阴极经轻触开关SW的触点与第一光电藕合器U1中光敏三极管的集电极相连接；第一光电藕合器U1中光敏三极管的发射极经第二电阻R2与第一发光二极管LED1的阳极相连接，以及第一光电藕合器U1中光敏三极管的发射极经第三电阻R3与第四电阻R4的一端、稳压二极管VD的阴极与第二光电藕合器U2中光敏三极管的集电极相互连接；第一电阻R1的另一端与第二发光二极管LED2的阳极和第三发光二极管LED3的阴极相连接，第二发光二极管LED2的阴极与第一光电藕合器U1中发光二极管的阳极相连接；第三发光二极管LED3的阳极与第二光电藕合器U2中发光二极管的阴极相连接；第一光电藕合器U1中发光二极管的阴极、第二光电藕合器U2中发光二极管的阳极、可控硅VS的阳极相互连接后通过导线接入第二电池夹B2的接线端；可控硅VS的栅极(控制极)与稳压二极管VD的阳极相连接；可控硅VS的阴极、第二光电藕合器U2中光敏三极管的发射极、电阻R4的另一端、第一发光二极管LED1的阴极相互连接后通过导线接入电源端口A的负极接线端。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：本实用新型不仅实现了体积小、应急电源防短路、防反接，防反充电保护，还实现了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为本实用新型一种应急电源防短路保护装置的连接示意图。

图2为本实用新型一种应急电源防短路保护装置的保护电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

如图1、图2所示，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、LED2、LED3．第一发光二极管至第三发光二极管，U1．第一光电藕合器，U2．第二光电藕合器，VD．稳压二极管，D．开关二极管，VS．可控硅，R1、R2、R3、R4．电阻，SW．轻触开关。

本实用新型一种应急电源防短路保护装置，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、稳压二极管VD、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、第三发光二极管LED3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4；所述开关二极管D的阳极与电阻R1的一端相互连接后通过导线分别接入电源端口A的正极接线端Vin+和第一电池夹B1的接线端；开关二极管D的阴极经轻触开关SW的触点与第一光电藕合器U1中光敏三极管的集电极相连接；第一光电藕合器U1中光敏三极管的发射极经电阻R2与第一发光二极管LED1的阳极相连接，以及第一光电藕合器U1中光敏三极管的发射极经电阻R3与电阻R4的一端、稳压二极管VD的阴极及第二光电藕合器U2中光敏三极管的集电极相并接；电阻R1的另一端与第二发光二极管LED2的阳极和第三发光二极管LED3的阴极相连接，第二发光二极管LED2的阴极与第一光电藕合器U1中发光二极管的阳极相连接；第三发光二极管LED3的阳极与第二光电藕合器U2中发光二极管的阴极相连接；第一光电藕合器U1中发光二极管的阴极、第二光电藕合器U2中发光二极管的阳极、可控硅VS的阳极相互并接后通过导线接入第二电池夹B2的接线端；可控硅VS的栅极(控制极)与稳压二极管VD的阳极相连接；可控硅VS的阴极、第二光电藕合器U2中光敏三极管的发射极、电阻R4的另一端、第一发光二极管LED1的阴极相互并接后通过导线接入电源端口A的负极接线端Vin-。

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与第一光电藕合器U1的光敏三极管串接共同控制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。

电阻R1为限流电阻，限制流过第二发光二极管LED2、第一光电藕合器U1中发光二极管的电流，以及限制流过第三发光二极管LED3、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，第三发光二极管LED3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中光敏三极管经稳压二极管VD将可控硅VS的栅极与可控硅VS的阴极短接；第二发光二极管LED2反向截止（不发光），第一光电藕合器U1中发光二极管反向截止不发光，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，第三发光二极管LED3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中光敏三极管不经稳压二极管VD将可控硅VS的栅极与可控硅VS的阴极短接；第二发光二极管LED2导通发光，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、第三发光二极管LED3、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；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、第三发光二极管LED3、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；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，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也不会被点亮。

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，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也不会被点亮。

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也不会被点亮；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也不会被点亮；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也不会被点亮。

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被点亮，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，所以松开轻触开关SW，外部备用电池保持正常向汽车的电池充电，第一发光二极管LED1熄灭，无触发信号到达可控硅VS的栅极。

因为可控硅VS的栅极的触发电压的保持时间要求是微秒(μs)级，所以当用户看到第一发光二极管LED1被点亮时，加到可控硅VS的栅极的可触发导通的控制电压（电流）的所保持的时间肯定满足，所以用户看到第一发光二极管LED1被点亮后松开按住的轻触开关SW，加到可控硅VS栅极的可触发导通的控制电压（电流）的所保持的时间肯定满足。以上的第一发光二极管LED1被点亮，不仅用于提示用户松开轻触开关SW，还提示用户：外部备用电池和汽车的电池均是正向接入保护电路100的。

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、第三发光二极管LED3设于盒体外表面上。

第三发光二极管LED3设置为发红光的光二极管，第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2均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。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，确保漏电流流过第二发光二极管LED2和第一光电藕合器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。

本实用新型所实现的功能有：

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，当点击轻触开关SW，可控硅VS导通，外部备用电池向汽车的电池充电；

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；

本发明建议：在松开轻触开关SW后，启动汽车，而确保汽车发电机发电后，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，第三发光二极管发光LED3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发光，说明汽车的电池正向接入到保护电路100上；

3）当第二发光二极管发光LED2和第三发光二极管发光LED3均不发光，说明汽车的电池没有接入到保护电路100上；

4）当第二发光二极管发光LED2后，按下轻触开关SW，第一发光二极管发光LED1不发光，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；

5）当第二发光二极管发光LED2后，按下轻触开关SW，第一发光二极管发光LED1发光，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。

本实用新型中：

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。