一种串联型锂离子电池组保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种串联型锂离子电池组保护电路，连接于电池组与电动工具之间，包括电源控制模块、功率输出模块、基准源模块和运算放大模块，各个模块间两两相连。与现有技术相比，本实用新型具有电路结构简单，能够有效降低生产成本的优点，且保护板自耗电小。
【专利说明】一种串联型锂离子电池组保护电路【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种电池组保护电路，具体地说是一种串联型锂离子电池组保护电路。
【背景技术】
[0002]目前电动工具领域，在设计多个串联锂离子电池的电池组保护应用方面，没有专用的保护芯片，而且有部分电动工具设计应用时要求电源开关一直导通，这就要求保护板实施保护后，在不断开电源开关的情况下自耗电要小，避免对电池组有不良影响，比较常见的电池组保护设计有MCU单片机方案和采用单节保护IC分压方案，MCU单片机方案在设计成本、生产成本上都没有优势，实施电路复杂、电路元器件相对较多，需要编写软件程序。另一方面，单节保护IC分压方案的实施也存在电路元器件相对较多的情况，而且在这两种方案中，保护板实施保护后，如果电源开关不断开，保护板本身的自耗电相对较大。
[0003]针对部分电动工具设计的特殊要求，采用目前这两种方案均存在有电路元器件相对较多、自耗电相对较大的缺点。研究设计一种新型保护电路，以适用在电动工具电源开关不断开的情况下，能够有效减小保护板本身自耗电，从而克服现有技术中所存在的问题是十分有必要的。鉴于上述现有技术中所存在的问题，本适用新型的目的是研究设计一种新型的保护电路，以解决电路成本高、结构复杂、自耗电大等问题。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术，本实用新型要解决的技术问题是提供一种串联型锂离子电池组保护电路，以适用在电动工具电源开关不断开的情况下，能够有效减小保护板本身自耗电。
[0005]为了解决上述问题，本实用新型的串联型锂离子电池组保护电路，连接于电池组与电动工具之间，包括
[0006]电源控制模块，用于控制功率输出模块，驱动电动工具运作与自锁，分别与基准源模块、运算放大模块相连，并直接连至输出端；
[0007]功率输出模块，用于控制电路的功率输出，串联在电池组负极B-与电路输出负极P-之间；
[0008]基准源模块，为运算放大模块提供基准电压输入，与运算放大模块相连；
[0009]运算放大模块，用于对电池组进行过放保护和降低保护板的自耗电。
[0010]优选的，所述基准源模块包括电阻R5、阴极通过电阻R5连接至电源控制模块的基准源U2、并联在基准源U2的阴极与阳极之间的电容Cll ;所述基准源U2的参考极接到自身的阴极，基准源U2的阳极逻辑接地。
[0011]优选的，所述运算放大模块包括第一比较器和开关元件Q13 ;所述第一比较器的同相输入端通过电阻R33与基准源模块相连，第一比较器的反相输入端连接至由电阻R7、电阻R14和电阻R19组成的分压网络，第一比较器的输出端通过二极管D12和电阻R35连接至开关元件Q13的控制端，二极管的阳极与第一比较器的输出端相连，开关元件Q13连接在电源控制模块与地之间。
[0012]优选的，所述电源控制模块包括开关K1、串联在开关Kl与电路输出端口正极P+之间的保险丝F1、串联在电路输出端口正极P+与功率输出模块之间的开关元件Q1、串联在开关元件Ql的控制端与地之间的开关元件Q3、串联在电路输出端口正极P+与开关元件Q3的控制端之间的开关元件Q2、串联在开关元件Q2的控制端与地之间的开关元件Q4 ;所述开关元件Q4的控制端通过电阻R15、二极管D4、电阻R38连接至开关元件Q5的控制端，二极管D4的阳极与电阻R38相连。
[0013]优选的，还包括温度检测模块。
[0014]优选的，所述温度检测模块包括第二比较器、与第二比较器的反相输入端相连的温度传感器THl ;所述第二比较器通过电阻R6、电阻R9与电源控制模块相连，第二比较器的同相输入端连接至电阻R6和电阻R31之间的节点，第二比较器的输出端连接至二极管D13的阳极，并通过二极管D13连接到运算放大模块。
[0015]优选的，还包括照明模块；所述照明模块包括电阻R4和发光二极管D5 ；电阻R4和发光二极管D5串联后连接在电路输出端的正负极，发光二极管D5的负极与输出端负极P-相连。
[0016]优选的，还包括电量显示模块，所述电量显示模块包括同相输入端相互连接的第三比较器和第四比较器、通过电阻分别与第三比较器的输出端和第四比较器的输出端相连的发光二极管D6和发光二极管D7、通过电阻R28与电影控制模块相连的发光二极管D8 ;所述三个发光二极管的阴极逻辑共地，所述第三比较器的反相输入端、第四比较器的反相输入端与基准源模块相连。
[0017]优选的，所述开关元件Ql为MOS管，所述开关元件Q2为晶体管，所述开关元件Q3为MOS管，所述开关元件Q4为晶体管，所述开关元件Q5为MOS管，所述开关元件Q13为晶体管。
[0018]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:一、采用基准源、运算放大器构成串联型锂离子电池组保护电路，电路原理结构得到有效简化，降低生产成本；二、采用MOS管控制保护板自身自耗电，实现低功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施的电路模块示意图。
[0020]图2为本实用新型实施的具体电路示意图。
[0021]图3为本实用新型实施的电源控制模块电路示意图。
[0022]图4为本实用新型实施的运算放大模块电路示意图。
[0023]图5为本实用新型实施的基准源模块电路示意图。
[0024]图6为本实用新型实施的温度控制模块电路示意图。
[0025]图7为本实用新型实施的电量显示模块电路示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了让本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
[0027]本实用新型的【具体实施方式】如图1?图6所示，一种串联型锂离子电池组保护电路，连接于电池组与电动工具之间，包括电源控制模块、基准源模块、运算放大模块、温度检测模块、照明模块和电量指示模块。
[0028]其中，电源控制模块，用于控制电机的运作与自锁，分别与基准源模块、运算放大模块相连，并直接连至输出端。
[0029]功率输出模块，用于控制电路的功率输出，串联在电池组负极B-与电路输出负极P-之间。
[0030]基准源模块，为运算放大模块提供基准电压输入，与运算放大模块相连。
[0031]运算放大模块，用于对电池组进行过放保护和降低保护板的自耗电。
[0032]温度检测模块，检测并监控电池组温度。
[0033]照明模块，为电路提供照明。
[0034]电量指示模块，显示电池组的当前电量。
[0035]基准源模块包括电阻R5、阴极通过电阻R5连接至电源控制模块的基准源U2、并联在基准源U2的阴极与阳极之间的电容Cll ;基准源U2的参考极接到自身的阴极，基准源U2的阳极逻辑接地。
[0036]运算放大模块包括第一比较器和开关元件Q13 ;第一比较器的同相输入端通过电阻R33与基准源模块相连，第一比较器的反相输入端连接至由电阻R7、电阻R14和电阻R19组成的分压网络，第一比较器的输出端通过二极管D12和电阻R35连接至开关元件Q13的控制端，二极管的阳极与第一比较器的输出端相连，开关元件Q13连接在电源控制模块与地之间。
[0037]电源控制模块包括开关K1、串联在开关Kl与电路输出端口正极P+之间的保险丝F1、串联在电路输出端口正极P+与功率输出模块之间的开关元件Q1、串联在开关元件Ql的控制端与地之间的开关元件Q3、串联在电路输出端口正极P+与开关元件Q3的控制端之间的开关元件Q2、串联在开关元件Q2的控制端与地之间的开关元件Q4 ;开关元件Q4的控制端通过电阻R15、二极管D4、电阻R38连接至功率输出模块，二极管D4的阳极与电阻R38相连。
[0038]温度检测模块包括第二比较器、与第二比较器的反相输入端相连的温度传感器THl ;第二比较器通过电阻R6、电阻R9与电源控制模块相连，第二比较器的同相输入端连接至电阻R6和电阻R31之间的节点，第二比较器的输出端连接至二极管D13的阳极，并通过二极管D13连接到运算放大模块。
[0039]照明模块包括电阻R4和发光二极管D5 ;电阻R4和发光二极管D5串联后连接在电路输出端的正负极，发光二极管D5的负极与输出端负极P-相连。
[0040]电量显示模块，电量显示模块包括同相输入端相互连接的第三比较器和第四比较器、通过电阻分别与第三比较器的输出端和第四比较器的输出端相连的发光二极管D6和发光二极管D7、通过电阻R28与电影控制模块相连的发光二极管D8 ;三个发光二极管的阴极逻辑共地，所述第三比较器的反相输入端、第四比较器的反相输入端与基准源模块相连。
[0041]开关元件Ql为MOS管，开关元件Q2为晶体管，开关元件Q3为MOS管，开关元件Q4为晶体管，开关元件Q5为MOS管，开关元件Q13为晶体管。[0042]在本实施例中，第一比较器为运算放大器U1A，第二比较器为运算放大器U1D，第三比较器为运算放大器U1B，第四比较器为运算放大器U1C。
[0043]该保护电路的工作过程如下:
[0044]闭合开关Kl，通过电阻R32、电阻R13、电阻R16、电容C4、电容C6使MOS管Q3导通，然后通过电阻R11、电阻R3、电容C3、二极管D2使MOS管Ql导通。通过电阻R21、电阻R38提供高电平使功率输出MOS管Q5导通，电路输出端的正负极P+/P-输出电压。电路进入正常工作状态。
[0045]当电路进入正常工作状态后，通过二极管D4、电阻R15、电阻R17、电容C7使晶体管Q4导通，通过电阻R12、电阻R2、电容C2使晶体管Q2导通，通过电阻R13、电阻R16、电容C6使MOS管Q3导通，电源控制模块进入自锁工作状态。
[0046]同时，通过电阻R5、电容Cll给基准源U2提供偏置电压，使基准源模块工作。
[0047]通过电阻R33、电容Cll向运算放大器UlA的同相输入端提供基准电压，通过电阻R7、电阻R14、电阻R19、电容ClO向运算放大器UlA的反相输入端提供比较电压，使运算放大器UlA工作在电压比较器状态。当运算放大器UlA第二脚电压值低于第三脚基准电压时，运算放大器UlA输出端输出高电平，通过二极管D12、电阻R35、电阻R36、电容C15使晶体管Q13导通，使保护板进入过放保护状态。
[0048]当保护板进入过放保护状态后，由于晶体管Q13处于导通状态，二极管D4、电阻R15、电阻R17、电容C7使晶体管Q4偏置电压为低电平，晶体管Q4截止，电阻R12、电阻R2、电容C2使晶体管Q2偏置电压为高电平，晶体管Q2截止。保护板进入低自耗电状态。
[0049]在温度检测模块中，通过电阻R6、电阻R31给运算放大器UlD的同相输入端提供温度基准电压，通过电阻R9，温度传感器THl给运算放大器UlD的反相输入端提供温度比较电压，使运算放大器UlD工作在电压比较器状态。当运算放大器UlD反相输入端的电压低于其同相输入端的电压时，运算放大器UlD的输出端输出高电平，通过二极管D13、电阻R35、电阻R36、电容C15使晶体管Q13导通，使保护板进入温度保护状态。
[0050]在电量显示模块中，通过电阻R5、电阻R20、电阻R24、电阻R25、电容Cl 1、基准源U2向运算放大器UlB的反相输入端、运算放大器UlC的反相输入端提供基准电压，通过电阻R8、电阻R22、电阻R27向运算放大器UlB的同相输入端、运算放大器UlC的同相输入端提供比较电压，使运算放大器U1B、运算放大器UlC工作在电压比较器状态。当运算放大器UlB同相输入端的电压值高于其反向输入端的基准电压，运算放大器UlC同相输入端的电压值高于其反相输入端的基准电压时，运算放大器UlB输出端、运算放大器UlC输出端输出高电平，通过电阻R18、电阻R23、电阻R28，点亮发光二极管D6、发光二极管D7、发光二极管D8，实现电量指示功能。
[0051]通过电阻R4点亮发光二极管D5，实现照明灯功能。
[0052]通过保险丝Fl实现锂离子电池输出端短路保护功能。
[0053]当锂离子电池过放保护后，在电动工具电源开关不断开的情况下采用MOS管控制保护板自耗电，实现低功耗，实际测试自耗电为IuA左右。
[0054]在上述实施例中，四个比较器可使用单独的运算放大器，也可使用集成度较高的集成运算放大器，在此不做限定。
[0055]以上为本实用新型较佳的实现方式，需要说明的是，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种串联型锂离子电池组保护电路，连接于电池组与电动工具之间，包括 电源控制模块，用于控制功率输出模块，驱动电动工具运作与自锁，分别与基准源模块、运算放大模块相连，并直接连至输出端； 功率输出模块，用于控制电路的功率输出，串联在电池组负极B-与电路输出负极P-之间； 其特征在于:还包括 基准源模块，为运算放大模块提供基准电压输入，与运算放大模块相连； 运算放大模块，用于对电池组进行过放保护和降低保护板的自耗电。
2.根据权利要求1所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，所述基准源模块包括电阻R5、阴极通过电阻R5连接至电源控制模块的基准源U2、并联在基准源U2的阴极与阳极之间的电容Cll ;所述基准源U2的参考极接到自身的阴极，基准源U2的阳极逻辑接地。
3.根据权利要求2所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，所述运算放大模块包括第一比较器和开关元件Q13 ;所述第一比较器的同相输入端通过电阻R33与基准源模块相连，第一比较器的反相输入端连接至由电阻R7、电阻R14和电阻R19组成的分压网络，第一比较器的输出端通过二极管D12和电阻R35连接至开关元件Q13的控制端，二极管的阳极与第一比较器的输出端相连，开关元件Q13连接在电源控制模块与地之间。
4.根据权利要求3所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，所述电源控制模块包括开关K1、串联在开关Kl与电路输出端口正极P+之间的保险丝F1、串联在电路输出端口正极P+与功率输出模块之间的开关元件Q1、串联在开关元件Ql的控制端与地之间的开关元件Q3、串联在电路输出端口正极P+与开关元件Q3的控制端之间的开关元件Q2、串联在开关元件Q2的控制端与地之间的开关元件Q4 ;所述开关元件Q4的控制端通过电阻Rl5、二极管D4、电阻R38连接至功率输出模块，二极管D4的阳极与电阻R38相连。
5.根据权利要求4所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，还包括温度检测模块。
6.根据权利要求5所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，所述温度检测模块包括第二比较器、与第二比较器的反相输入端相连的温度传感器THl ;所述第二比较器通过电阻R6、电阻R9与电源控制模块相连，第二比较器的同相输入端连接至电阻R6和电阻R31之间的节点，第二比较器的输出端连接至二极管D13的阳极，并通过二极管D13连接到运算放大模块。
7.根据权利要求6所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，还包括照明模块；所述照明模块包括电阻R4和发光二极管D5 ;电阻R4和发光二极管D5串联后连接在电路输出端的正负极，发光二极管D5的负极与输出端负极P-相连。
8.根据权利要求7所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，还包括电量显示模块，所述电量显示模块包括同相输入端相互连接的第三比较器和第四比较器、通过电阻分别与第三比较器的输出端和第四比较器的输出端相连的发光二极管D6和发光二极管D7、通过电阻R28与电影控制模块相连的发光二极管D8 ;所述三个发光二极管的阴极逻辑共地，所述第三比较器的反相输入端、第四比较器的反相输入端与基准源模块相连。
9.根据权利要求8所述的串联型锂离子电池组保护电路，其特征在于，所述开关元件Ql为MOS管，所述开关元件Q2为晶体管，所述开关元件Q3为MOS管，所述开关元件Q4为晶体管，所述开关元件Q5为MOS管，所述开关元件Q13为晶体管。
【文档编号】H02H7/18GK203491682SQ201320668094
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】余敏 申请人:惠州市蓝微电子有限公司