专利名称：一种电池保护及火花抑制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型电池技术领域，具体涉及一种电池保护及火花抑制电路。
背景技术：
由于电池在发生外部短路或内部短路时，可能会瞬间大电流放电而产生电火花，而电火花的产生会引发火灾或爆炸等危险，因此若能够在普通电池上增设电池保护及火花抑制电路能够极大提高普通电池的安全性。然而，目前解决电池短路保护和火花抑制问题的方案有如下两种:一种解决方案是针对矿用本安电池产品，其主要采用的方法是关断输出的方式来阻止火花的产生，而这一方式对开关元件的响应速度，和电路的寄生电容有较高的要求。另一种解决方案是针对普通本安电源，其主要采用的方式是电阻限流的方式来阻止火花的产生，而这一方式不仅会极大减少本安电池的带载能力，难以满足功率要求；而且需要较大的体积，难以满足体积的要求。可见，鉴于普通电池的应用领域及电池空间的限制，上述两种解决方案均不能应用于解决普通电池的保护和火花抑制的问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电池保护及火花抑制电路，该电路增设在电池输出端上，能够阻止快速放电时所产生的电池火花。为解决上述问题，本实用新型所设计的一种电池保护及火花抑制电路，主要由电流采样电路、限流电路、电压反馈电路和关断电路组成。其中，电流采样 电路包括电阻Rl和第一电平转换模块U1。电阻Rl的两端分别与第一电平转换模块Ul的2个输入端相连接。电阻Rl的一端连接电池正极，另一端连接限流电路的二极管Dl的负端。第一电平转换模块Ul的输出端连接到限流电路的二极管Dl的正端。限流电路包括第一场效应管F1、电阻R2和二极管Dl。电阻R2与并联在二极管Dl的两端。第一场效应管Fl的栅极与二极管Dl的正端连接，源极与电池负极连接，漏极连接到关断电路的第二场效应管F2的源极。二极管Dl的负端连接到外部输出正极。电压反馈电路包括电阻R5、电容C3、二极管D2和第二电平转换模块U2。电阻R5一端连接到外部输出负极，另一端连接到二极管D2的负端和第二电平转换模块U2的一个输入端。二极管D2的正端和第二电平转换模块U2的另一个输入端连接电池负极。电容C3并联在二极管D2的两端。第二电平转换模块U2的输出与关断电路的二极管D3的负端相连。关断电路包括第二场效应管F2、电阻R6、电阻R7和二极管D3。第二场效应管F2的栅极与二极管D3的正端相连接。电阻R7并联在二极管D3的两端。电阻R6—端与二极管D3的正端相连，另一端与电池负极相连。进一步的，上述电池保护及火花抑制电路还包括有稳压限流电路，该稳压限流电路包括电阻R8和稳压管D5。稳压管D5的正端与外部输出负极相连，负端与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端连接到外部输出正极。上述方案中，二极管Dl的负端最好还经由一二极管D4连接到外部输出正极。上述方案中，电池的正、负极两端最好并联有电容Cl和/或电容C2，且电容Cl和电容C2相互之间呈并联连接。上述方案中，电阻Rl的一端最好还经由一保险丝FUSEl连接到电池正极。本实用新型采用在电池输出端增加电池保护电路的方式阻止快速放电问题所产生的电池火花抑制电路。同时当短路发生时，能够迅速限制电流，并将负载隔离，防止二次短路，当负载或短路故障移除后，自动恢复对外供电。与现有技术相比，本实用新型采用了微功耗的电流检测及限流方案，使本安电池大功率供电时的能量损耗降到最低。同时采用了半导体限流的方式与截断输出的保护方式，解决快速放电时的 火花抑制问题，当保护电路触发后，在限制电流的同时，迅速切断输出回路，防止二次短路。该保护电路成功地解决了电池大功率供电问题和短路情况下的本安问题，增加了火花保护抑制电路后，在短路情况下，电路能够迅速限制电流并切断对外输出，当短路故障移除后，能够自动恢复供电。同时，该电路具有微功耗、小体积的优点，可以方便地集成到电池壳体中。
图1为一种电池保护及火花抑制电路的电路原理图。
具体实施方式
一种电池保护及火花抑制电路的电路如图1所示，其主要由电流采样电路、限流电路、电压反馈电路、关断电路和稳压限流电路五部分组成。其中，电流采样电路包括了电阻Rl和第一电平转换模块U1。电流采样电路的电阻Rl —端通过一个保险丝FUSEl与电池正极相连，另一端连接一个二极管D4的正端。电阻Rl两端与第一电平转换模块Ul的2个电压输入端相连接。第一电平转换模块Ul的输出端连接到限流电路的电阻R2与二极管Dl的正端。当负载电流瞬间增大时，通过电阻Rl的电流Il增大，使电阻Rl两端的压降增大，若该电压达到保护阈值，则输出控制电平Vc。限流电路包括第一场效应管F1、电阻R2和二极管D1。限流电路的二极管Dl的负端和电阻R2的一端与电流采样电路的电阻Rl的一端相连。第一场效应管Fl的栅极连接二极管Dl正端和电阻R2的另一端，源极与电池负极连接，漏极连接到关断电路的第二场效应管F2的源极。第一场效应管Fl接收到控制电平Vc后，立即关断，从而瞬间截断电路通路，完成电流控制功能。电压反馈电路包括电阻R5、电容C3、二极管D2和第二电平转换模块U2。电压反馈电路的电阻R5的一端连接到外部输出负极；电阻R5的另一端连接到电容C3的一端、二极管D2的负端、以及第二电平转换模块U2的一个输入端。电容C3的另一端、二极管D2的正端、以及第二电平转换模块U2的另一个输入端与电池负极连接。第二电平转换模块U2的输出端与关断电路的电阻R7和二极管D3的负端相连接。若负载仍连接于输出端，则外部输出负极OGND的电压升高，经过电阻R5向电容C3充电，当电容充电至阀值电压时，第二电平转换模块U2动作，从第二电平转换模块U2的输出端输出Vc2。[0020]关断电路包括第二场效应管F2、电阻R6、电阻R7和二极管D3。关断电路的第二场效应管F2的栅极与电阻R7 —端和二极管D3的正极相连接。电阻R6的一端接电池负极，一端与电阻R7相连接。第二场效应管F2的漏极连接到外部输出负极。第二场效应管F2接收到控制电平Vc2后，立即关断，使输出端负极保持截断状态，当负载移除或短路解除后，F2才再次开启，从而保证在负载电流急剧增大或发生短路时，进行限流，抑制火花的产生，并且切断负载，防止再次产生火花。稳压限流电路包括电阻R8和稳压管D5。稳压管D5的正极与外部输出负极相连，稳压管D5的负端与电阻R8的一端相连。电阻R8的另一端连接到外部输出正极。当外部输出的正负极电压高于稳压管D5的稳定电压，稳压管D5导通，从而保证输出端的电压值。此外，电池的正、负极两端最好并联有电容Cl和电容C2，且电容Cl和电容C2相互之间呈并联连接。电池正极电压经过自恢复的保险丝Fusel后连接到电阻R1。本实用新型的工作流程:首先电池battery正极电压经过自恢复保险丝Fusel后,通过电容Cl、电容C2进行稳压，通过二极管D4整流后，输出到外部输出正极Vout。电池负极BGND经过第一场效应管Fl和第二场效应管F2后输出到外部输出负极0GND。当负载电流瞬间增大时，通过电阻Rl的电流Il增大，使电阻Rl两端的压降增大。若达到保护阈值，则输出控制电平给限流电路，使第一场效应管Fl立即关断，从而瞬间截断电路通路，完成电流控制功能。当负载过重或发生短路，使外部输出电压急剧下降时，二极管Dl导通，使第一场效应管Fl控制极电压迅速下降，将外部输出 负极关断，从而将电池与外部负载隔离。若负载仍连接于输出端，则外部输出负极的电压升高，经过电压反馈电路的电阻R5向电容C3充电，当电容C3充电至阀值电压时，第二电平转换模块U2动作，将第二场效应管F2关断，使外部输出负极保持截断状态，当负载移除或短路解除后，第二场效应管F2才再次开启，从而保证在负载电流急剧增大或发生短路时，进行限流，抑制火花的产生，并且切断负载，防止再次产生火花。
权利要求1.一种电池保护及火花抑制电路，其特征在于:主要由电流采样电路、限流电路、电压反馈电路和关断电路组成；其中， 电流采样电路包括电阻Rl和第一电平转换模块Ul ;电阻Rl的两端分别与第一电平转换模块Ul的2个输入端相连接；电阻Rl的一端连接电池正极，另一端连接限流电路的二极管Dl的负端；第一电平转换模块Ul的输出端连接到限流电路的二极管Dl的正端； 限流电路包括第一场效应管F1、电阻R2和二极管Dl ;电阻R2与并联在二极管Dl的两端；第一场效应管Fl的栅极与二极管Dl的正端连接，源极与电池负极连接，漏极连接到关断电路的第二场效应管F2的源极；二极管Dl的负端连接到外部输出正极； 电压反馈电路包括电阻R5、电容C3、二极管D2和第二电平转换模块U2 ；电阻R5 —端连接到外部输出负极，另一端连接到二极管D2的负端和第二电平转换模块U2的一个输入端；二极管D2的正端和第二电平转换模块U2的另一个输入端连接电池负极；电容C3并联在二极管D2的两端；第二电平转换模块U2的输出与关断电路的二极管D3的负端相连； 关断电路包括第二场效应管F2、电阻R6、电阻R7和二极管D3 ;第二场效应管F2的栅极与二极管D3的正端相连接；电阻R7并联在二极管D3的两端；电阻R6 —端与二极管D3的正端相连，另一端与 电池负极相连。
2.根据权利要求1所述的一种电池保护及火花抑制电路，其特征在于:还进一步包括有稳压限流电路，该稳压限流电路包括电阻R8和稳压管D5 ;稳压管D5的正端与外部输出负极相连，负端与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端连接到外部输出正极。
3.根据权利要求1或2所述的一种电池保护及火花抑制电路，其特征在于:二极管Dl的负端经过一个二极管D4连接到外部输出正极。
4.根据权利要求1或2所述的一种电池保护及火花抑制电路，其特征在于:电池的正、负极两端并联有电容Cl和/或电容C2，且电容Cl和电容C2相互之间呈并联连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种电池保护及火花抑制电路，其特征在于:电阻Rl的一端还经由一保险丝FUSEl连接到电池正极。
专利摘要本实用新型公开一种电池保护及火花抑制电路，该电路增设在电池输出端上，其主要由电流采样电路、限流电路、电压反馈电路、关断电路和稳压限流电路组成。采用在电池输出端增加电池保护电路的方式阻止快速放电问题所产生的电池火花抑制电路。同时当短路发生时，能够迅速限制电流，并将负载隔离，防止二次短路，当负载或短路故障移除后，自动恢复对外供电。
文档编号H02H7/18GK203103928SQ20122065722
公开日2013年7月31日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者黄廷磊, 刘杰, 覃志松, 林科, 张纪元, 张姿, 梁海 申请人:桂林海博泰克电子科技有限公司