电池投切电路和开关电源的制作方法

1.本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种电池投切电路和开关电源。


背景技术：

2.随着工业电力市场需求的日益剧增，开关电源的应用也越来越广泛，在我国开关电源一般用在机械、电力等行业中，同时机床、重型机械、电力、轨道交通等行业的工业用电需求也在急剧增加。其中，当开关电源应用于电池高压带负载投切时，现有的开关电源的电池投切电路存在放电场效应晶体管易损坏的缺陷。
3.具体原因在于，当电池高压带重载或者带较大的电容投切时，由于电池的内阻较小，瞬间可以释放大的电流。此时电池投切电路中的放电场效应晶体管处于放大区，由于放电场效应晶体管的内阻较小，若此时流过内阻的电流很大，则放电场效应晶体管内阻的压降会增大，故放电场效应晶体管的损耗也随之增大。若投切时间过长，即在放电场效应晶体管的放大区停留时间过长，积累的热量足以损坏放电场效应晶体管。
4.由此可见，现有的电池投切电路存在放电场效应晶体管易损坏的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了一种电池投切电路和开关电源，用以解决当开关电源用于电池高压带负载投切时，开关电源的电池投切电路存在放电场效应晶体管易损坏的问题，提升了电路的稳定性和可靠性。
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电池投切电路，包括：
7.放电场效应晶体管，放电场效应晶体管串联于电池和接地端之间；放电场效应晶体管还包括控制端；
8.驱动开关模块和驱动充电模块，串联于放电场效应晶体管的控制端和驱动电源端之间；
9.其中，驱动充电模块包括电阻单元和电容单元；电阻单元和电容单元并联连接；电容单元用于在激活电池后将驱动电源传输至放电场效应晶体管的控制端。
10.可选的，电阻单元包括：驱动电阻，驱动电阻的第一端与驱动开关模块电连接，驱动电阻的第二端与放电场效应晶体管的控制端电连接；电容单元包括：驱动电容，驱动电容的第一端与驱动开关模块电连接，驱动电容的第二端与放电场效应晶体管的控制端电连接。
11.进一步的，驱动电阻的阻值大于预设值。
12.可选的，放电场效应晶体管为mos管；mos管的源极与电池的负极电连接，mos管的漏极与接地端电连接，mos管的栅极作为放电场效应晶体管的控制端。
13.可选的，电池投切电路还包括：退耦电阻；退耦电阻的第一端与mos管的栅极电连接，退耦电阻的第二端与mos管的源极电连接。
14.可选的，电池投切电路还包括：驱动稳压二极管，驱动稳压二极管的阳极与mos管
的源极电连接，驱动稳压二极管的阴极与mos管的栅极电连接。
15.可选的，电池投切电路的驱动开关模块包括：按键激活按钮和保持光耦；按键激活按钮与保持光耦并联连接；保持光耦的控制端与电池电连接，保持光耦用于电池的电压传输，使按键激活按钮始终处于通电状态。
16.可选的，电池投切电路包括：第一单向导通二极管和第二单向导通二极管；
17.第一单向导通二极管的阳极与电池的正极电连接，第一单向导通二极管的阴极与负载电连接；
18.第二单向导通二极管的阳极与第一单向导通二极管的阴极电连接，第二单向导通二极管的阴极与驱动开关模块电连接。
19.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种开关电源，包括：电池正极接入端、电池负极接入端、负载接入端、接地端和电池投切电路；
20.其中，电池正极接入端接入电池的正极，电池负极接入端接入电池的负极，负载接入端接入负载，接地端接地；电池的正极复用为驱动电源。
21.本实用新型实施例的技术方案，通过设置驱动充电模块包括电阻单元和电容单元，电阻单元和电容单元并联连接，电容单元用于在激活电池后将驱动电源电压传输至放电场效应晶体管的控制端。由于电容单元在按键激活按钮刚按下通电时，此时电容单元处于未充满电状态，在电池投切电路中相当于短路，较大的电流直接流经电阻单元，根据欧姆定律，故夹在电容单元和电阻单元两端的等效阻抗极低，从而使得电源电压向放电场效应晶体管的控制端的充电过程极短，所以放电场效应晶体管可以快速驱动。与现有技术相比，放电场效应晶体管处于放大区的时间极短，损耗降低，从而降低了放电场效应晶体管产生的热量，有利于避免放电场效应晶体管的损坏，提升了电路的稳定性和可靠性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例提供的一种电池投切电路的结构示意图。
24.图2为本实用新型实施例提供的一种电池投切电路的电路图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。此外，术语“第一”“第二”仅仅用在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
26.图1为本实用新型实施例提供的一种电池投切电路的结构示意图。本实用新型实施例可适用于传统ftu或dtu在工作时，若机构工作到一半或者机构卡壳，需再次激活电池
时，电池高压带重载或者带较大的电容投切的情况。
27.参见图1，本实用新型实施例提供的一种电池投切电路包括：
28.放电场效应晶体管310、驱动开关模块110和驱动充电模块210。其中，放电场效应晶体管310串联于电池和接地端ognd之间；放电场效应晶体管310还包括控制端；驱动开关模块110和驱动充电模块210串联于放电场效应晶体管310的控制端和驱动电源端之间；其中，驱动充电模块210包括电阻单元211和电容单元212；电阻单元211和电容单元212并联连接；电容单元211用于在激活电池后将驱动电源电压传输至放电场效应晶体管310的控制端。
29.其中，放电场效应晶体管310具体可理解为一种固体半导体器件，将其看作一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流，具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。驱动电源端具体可理解为给放电场效应晶体管310提供电压的电源接线端子。
30.参见图1，示例性地，电池投切电路与电池、负载的连接关系为，电池正极端b+与电池投切电路的驱动电源端电连接，这样设置，可以由电池作为驱动电源向放电场效应晶体管的控制端供电。同时，电池正极端b+与负载的第一端vo+电连接，放电场效应晶体管310串联至电池负极b-与接地端ognd之间，负载的第二端与接地端ognd电连接。
31.本实施例ftu具体可理解为采用了先进的dsp数字信号处理技术、多cpu集成技术、高速工业网络通信技术，具有稳定性强、可靠性高、实时性好、适应环境广、功能强大，是一种集遥测、遥信、遥控、保护和通信等功能于一体的新一代馈线自动化远方终端装置。
32.dtu具体可理解为一种开闭所终端设备；一般安装在常规的开闭所(站)、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，用以完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。
33.机构工作到一半或者机构卡壳，具体可理解为弹簧操作机构出现拒合、拒分以及误动作的故障时；弹簧操动机构具体可理解为在高压线路中，用来合闸分闸、控制保护和调试以及测量的一种作为开关动作的装置；弹簧操动机构可以安装在户外高压真空断路器当中，在真空断路器中弹簧操动机构主要就是起到一个合闸和分闸的作用。
34.该电池投切电路的工作原理为：当按键激活按钮kw1按下后，电池通过驱动充电模块210给放电场效应晶体管310充电至其开通电压，当驱动充电模块210电容单元212电充满后由电阻单元211提供驱动电流，由于电容单元212在按键激活按钮kw1刚按下通电时，此时电容单元212处于未充满电状态，在电池投切电路中相当于短路，较大的电流直接流经电阻单元211，故夹在电容单元212和电阻单元211的等效阻抗极低，从而使得电源电压向放电场效应晶体管310的控制端的充电过程极短，所以放电场效应晶体管310可以快速驱动。有效的避开了电池电压过高时放电场效应晶体管310驱动过慢的过程。
35.本实用新型实施例的技术方案，通过设置驱动充电模块包括电阻单元和电容单元，电阻单元和电容单元并联连接，电容单元用于在激活电池后将驱动电源电压传输至放电场效应晶体管的控制端。由于电容单元在按键激活按钮刚按下通电时，此时电容单元处于未充满电状态，在电池投切电路中相当于短路，较大的电流直接流经电阻单元，根据欧姆定律，故夹在电容单元和电阻单元的等效阻抗极低，从而使得电源电压向放电场效应晶体管的控制端的充电过程极短，所以放电场效应晶体管可以快速驱动。与现有技术相比，放电
场效应晶体管处于放大区的时间极短，损耗降低，从而降低了放电场效应晶体管产生的热量，有利于避免放电场效应晶体管的损坏，提升了电路的稳定性和可靠性。
36.图2为本实用新型实施例提供的一种电池投切电路的电路图。参见图2，在上述各实施例的基础上，可选地，电阻单元211包括：驱动电阻r1，驱动电阻r1的第一端与驱动开关模块110电连接，驱动电阻r1的第二端与放电场效应晶体管310的控制端g电连接。
37.电容单元212包括：驱动电容c1，驱动电容c1的第一端与驱动开关模块110电连接，驱动电容c1的第二端与放电场效应晶体管310的控制端g电连接。
38.示例性地，在电池投切电路的工作过程中，驱动电阻r1用于给放电场效应晶体管310提供驱动电流，驱动电容c1用于在激活电池后将驱动电源电压传输至放电场效应晶体管310的控制端。由于电容单元212在按键激活按钮kw1刚按下通电时，此时驱动电容c1处于未充满电状态，在电池投切电路中相当于短路，较大的电流直接流经驱动电阻r1，故夹在驱动电容c1和驱动电阻r1两端的等效阻抗极低，从而使得电源电压向放电场效应晶体管310的控制端的充电过程极短，所以放电场效应晶体管310可以快速驱动。驱动电阻r1和驱动电容c1并联之后，串联至驱动开关模块110和放电场效应晶体管310的控制端g之间。
39.需要说明的是，在图2中示例性地示出了电阻单元211包括一个驱动电阻r1，电容单元212包括一个驱动电容c1，这并非对本实用新型的限定。在其他实施例中，还可以根据需要在电阻单元211中设置至少两个电阻串并联，或者在电容单元212中设置至少两个电容串并联。
40.进一步的，驱动电阻r1的阻值大于预设值。
41.示例性地，在电池投切电路的工作过程中，驱动电阻r1用于给放电场效应晶体管310提供驱动电流，驱动电容c1用于在激活电池后将驱动电源电压传输至放电场效应晶体管q1的控制端。在按键激活按钮kw1刚按下通电时，此时驱动电容c1处于未充满电状态，在电池投切电路中相当于短路，此时流过驱动电阻r1的电流较大，当驱动电容c1充满电以后，由驱动电阻r1给放电场效应晶体管310提供驱动电流，此时流经驱动电阻的电流很小，故此时可以选择较大的电阻降低放电场效应晶体管310的驱动功耗。
42.本实用新型实施例与现有技术相比，放电场效应晶体管处于放大区的时间极短，放电场效应晶体管可以快速驱动，驱动功耗也随之降低，进而降低了放电场效应晶体管产生的热量，避免了放电场效应晶体管的损坏，提升了电路的稳定性和可靠性。
43.具体的，放电场效应晶体管310为mos管q1；mos管q1的源极s与电池的负极电连接，mos管q1的漏极d与接地端ognd电连接，mos管的栅极g作为放电场效应晶体管310的控制端。
44.进一步的，还包括：退耦电阻r2；退耦电阻r2的第一端与mos管q1的栅极g电连接，退耦电阻r2的第二端与mos管q1的源极s电连接。
45.本实用新型实施例退耦电阻r2可以有效防止放电场效应晶体管310的控制端在电池投切电路中电流大小变化时形成的电流冲击对电池正常放电产生的影响，进而提升了电路的稳定性和可靠性。
46.进一步的，还包括：驱动稳压二极管dz1，驱动稳压二极管dz1的阳极与mos管q1的源极s电连接，驱动稳压二极管dz1的阴极与mos管q1的栅极g电连接。
47.本实用新型实施例稳压二极管dz1可以有效防止放电场效应晶体管310的控制端在电池投切电路中电流大小变化时，形成的电压波动对电池正常放电产生的影响，使放电
场效应晶体管310控制端的电压可以保持恒定电压，进而提升了电路的稳定性和可靠性。
48.可选的，驱动开关模块110包括：按键激活按钮kw1和保持光耦pc1b；按键激活按钮kw1与保持光耦pc1b并联连接；保持光耦pc1b的控制端与电池电连接。保持光耦pc1b用于电池的电压传输。
49.示例性地，当电池电压在电池放电关断点以上保持光耦pc1b导通，当电池电压在电池放电关断点以下保持光耦pc1b截止，电池停止放电。
50.具体的，电池放电关断点可具体理解为控制电池是否放电的点位。
51.本实用新型实施例保持光耦pc1b使得按键按钮kw1按下后，保持按键按下动作，进而使得电池投切电路始终处于通电状态。提升了电路的稳定性和可靠性。
52.进一步的，电池投切电路还包括：第一单向导通二极管d1和第二单向导通二极管d2；
53.第一单向导通二极管d1的阳极与电池的正极b+电连接，第一单向导通二极管d1的阴极与负载vo+电连接；
54.第二单向导通二极管d2的阳极与第一单向导通二极管d1的阴极电连接，第二单向导通二极管d2的阴极与驱动开关模块110电连接。
55.本实用新型实施例还提供了一种开关电源。开关电源包括：电池正极接入端b+、电池负极接入端b-、负载接入端vo+、接地端ognd和如本实用新型任意实施例所提供的电池投切电路，其技术原理和产生的效果类似，不再赘述。其中，电池正极接入端b+接入电池的正极，电池负极接入端b-接入电池的负极，负载接入端vo+接入负载，接地端ognd接地；电池的正极复用为驱动电源。
56.本实用新型实施例的技术方案，通过设置驱动充电模块，包括电阻单元和电容单元；其中，电阻单元包括驱动电阻，电容单元包括驱动电容；驱动电阻和驱动电容并联连接。驱动电容用于在激活电池后将驱动电源电压传输至放电场效应晶体管的控制端。由于驱动电容在按键激活按钮刚按下通电时，此时驱动电容处于未充满电状态，在电池投切电路中相当于短路，较大的电流直接流经驱动电阻，故夹在驱动电阻和驱动电容两端的等效阻抗极低，从而使得电源电压向放电场效应晶体管的控制端的充电过程极短，所以放电场效应晶体管可以快速驱动。与现有技术相比，放电场效应晶体管处于放大区的时间极短，损耗降低，从而降低了放电场效应晶体管产生的热量，有利于避免放电场效应晶体管的损坏，提升了电路的稳定性和可靠性。
57.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
58.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。