一种适用于电力产品的电池过流欠压保护电路的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及电池保护技术领域，尤其涉及一种适用于电力产品的电池过流欠压保护电路。背景技术：2.低压配用电领域中会出现市电掉电的情况，此时为保证关键数据的存储以及重要信息的上报，就需要用到备用电源和电池进行供电。电池本身内阻小、放电电流大，实际使用时易出现过流或短路的情况，此时电池输出巨大的电流，易造成用电设备损坏或电池故障，导致电池爆炸等重大安全事故，从而造成较严重的经济损失或人员伤亡。3.大多数输出负载电路会不可避免地出现瞬时峰值电流，而简单的过流保护电路已不能够满足负载动态大电流的需求。在长时间使用后，电池电压降低，电池输出电流增大，也会降低电池寿命。4.综上所述，亟需一种过流欠压保护电路来保证电池的安全、可靠运行。5.对于电池的输出保护，现有技术大都仅涉及短路保护而忽略了欠压保护，同时，常见的过流短路保护电路中的采样电阻较大，功耗高，可允许的电池输出电流较小。技术实现要素：6.本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种适用于电力产品的电池过流欠压保护电路，采用极小的电流采样电阻，经运放放大后再进行阈值比较，降低了采样电阻功耗，满足了电池更大的电流输出需求；同时，电路集成了过流短路保护与欠压保护功能，不仅解决了电池输出过流或短路导致的问题，还解决了电池欠压时大电流对其造成冲击损伤的问题。7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于电力产品的电池过流欠压保护电路，包括电源电路、电流采样保持电路、欠压保护电路和电池输出控制电路。8.电源电路连接电池输出控制电路，电池输出控制电路分别连接电流采样保持电路与欠压保护电路。9.电源电路包括电池，稳压芯片u4、u5。10.电流采样保持电路包括采样电阻r13。11.电池输出控制电路包括或门or1，n沟道mos管vt1，n沟道mos管vt2，p沟道mos管vt3。12.欠压保护电路包括分压电阻r7、r8。13.电池正极b+连接稳压芯片u4的1引脚，u4的2引脚输出vcc，连接u5的1引脚，u4的3引脚接b-；u5的2引脚输出为基准电压vref，u5的3引脚接b-，vcc与vref为系统供电；电池负极b-与输出vout-之间连接有采样电阻r13，采样电阻r13所属的的电流采样保持电路对电池输出电流进行采样，当出现过流或短路时，输出高电平v1；电池正负极连接分压电阻，电池欠压时，分压电阻所属的欠压保护电路输出高电平v2；电流采样保持电路输出v1和欠压保护电路输出v2分别连接电池输出控制电路的或门or1，当出现过流、短路或欠压时，或门or1输出高电平控制n沟道mos管vt1导通、n沟道mos管vt2断开、p沟道mos管vt3断开，电池输出控制电路输出端正极vout+断电，实现电池故障保护。14.优选地，所述电流采样保持电路还包括运算放大器u1，运算放大器u2，二极管vd1，稳压二级管vd2，反馈放大电阻r1、r2、r3、r4，限流电阻r5、r6；采样电阻r13的两端分别连接电池负极b-和电路输出负极vout-，vout-连接电阻r1的一端，r1的另一端接运算放大器u1的正极和r3的一端，r3的另一端连接b-，b-连接电阻r2的一端，r2的另一端连接运算放大器u1的负极和r4的一端，r4的另一端连接u1的输出端和电阻r5的一端，构成电流采样电路，检测电池输出电流并将其转换为放大后的、与设定电压反向的电压信号输出；电阻r5的另一端连接运算放大器u2的正极，u2的负极连接vref，二极管vd1的阳极和阴极分别连接u1的输出和正极，u1输出连接电阻r6的一端，另一端连接稳压二级管vd2的阴极v1，vd2的阳极接vout-，组成故障保持电路，u1输出的高电平高于vref，u2保持输出高电平。15.优选地，所述欠压保护电路还包括分压电阻r9、r10，限流电阻r11，迟滞电容c1，运算放大器u3，稳压二级管vd3；电池正极b+连接上分压电阻r7的一端，r7的另一端连接下分压电阻r8的一端，同时连接迟滞电容c1的一端和运算放大器u3的负极，r8的另一端和c1的另一端接电池负极b-，构成电池电压分压检测电路；电阻r9两端分别接参考基准电压vref和运算放大器u3的正极，电阻r10两端分别接u3的正极和输出，构成欠压设定阈值比较电路；欠压发生时，检测分压低于vref，运算放大器u3输出高电平，u3的输出连接电阻r11，r11另一端接稳压二级管vd3的阴极钳位，vd3的另一端接vout-，输出v2。16.优选地，所述电池输出控制电路还包括分压电阻r12、r14、r15、r16、r17、r18；电流采样保持电路输出v1和欠压保护电路输出v2分别连接或门or1的输入两端，or1的输出v3连接r12的一端，r12的另一端连接电阻r14的一端和vt1的栅极，r14的另一端和vt1的源极均接vout-，vt1的漏极连接r16的一端v4，r16的另一端连接电池正极b+，v4连接分压电阻r15的一端，r15的另一端接vout-；v4连接vt2的栅极，vt2的源极接vout-，vt2的漏极接电阻r18的一端，r18的另一端接vt3的栅极和r17的一端，r17的另一端接b+和vt3的源极，vt3的漏极接输出vout+；过流、短路时输出v1高电平，欠压时输出v2高电平，经或门or1输出高电平，vt1导通，v4低电平，vt2断开，vt3断开，vout+断电。17.优选地，所述采样电阻r13的取值范围为2~4毫欧。18.本发明的有益技术效果：采用极小的电流采样电阻，经运放放大后再进行阈值比较，降低了采样电阻功耗，满足了电池更大的电流输出需求；同时，电路集成了过流短路保护与欠压保护功能，不仅解决了电池输出过流或短路导致的问题，还解决了电池欠压时大电流对其造成冲击损伤的问题。提高了电池供电可靠性，保护了输出设备的安全。附图说明19.图1是本发明的总体电路图。20.图2是本发明中的电流采样保持电路图。21.图3是本发明中的欠压保护电路图。22.图4是本发明中的电源电路图。23.图5是本发明中的电池输出控制电路图。具体实施方式24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。25.实施例。26.如图1所示，一种适用于电力产品的电池过流欠压保护电路，包括电源电路3、电流采样保持电路1、欠压保护电路2和电池输出控制电路4。27.电源电路3连接电池输出控制电路4，电池输出控制电路4分别连接电流采样保持电路1与欠压保护电路2。28.所述电流采样保持电路1包括3毫欧的采样电阻r13，运算放大器u1，运算放大器u2，二极管vd1，稳压二级管vd2，反馈放大电阻r1、r2、r3、r4，限流电阻r5、r6。29.采样电阻r13的两端分别连接电池负极b-和电路输出负极vout-，vout-连接电阻r1的一端，r1的另一端接运算放大器u1的正极和r3的一端，r3的另一端连接b-，b-连接电阻r2的一端，r2的另一端连接运算放大器u1的负极和r4的一端，r4的另一端连接u1的输出端和电阻r5的一端，构成电流采样电路，检测电池输出电流并将其转换为放大后的、与设定电压反向的电压信号输出；电阻r5的另一端连接运算放大器u2的正极，u2的负极连接vref，二极管vd1的阳极和阴极分别连接u1的输出和正极，u1输出连接电阻r6的一端，另一端连接稳压二级管vd2的阴极v1，vd2的阳极接vout-，组成故障保持电路，u1输出的高电平高于vref，u2保持输出高电平。30.所述欠压保护电路2包括分压电阻r7、r8、r9、r10，限流电阻r11，迟滞电容c1，运算放大器u3，稳压二级管vd3。31.电池正极b+连接上分压电阻r7的一端，r7的另一端连接下分压电阻r8的一端，同时连接迟滞电容c1的一端和运算放大器u3的负极，r8的另一端和c1的另一端接电池负极b-，构成电池电压分压检测电路；电阻r9两端分别接参考基准电压vref和运算放大器u3的正极，电阻r10两端分别接u3的正极和输出，构成欠压设定阈值比较电路；欠压发生时，检测分压低于vref，运算放大器u3输出高电平，u3的输出连接电阻r11，r11另一端接稳压二级管vd3的阴极钳位，vd3的另一端接vout-，输出v2。32.所述电池输出控制电路4包括或门or1，n沟道mos管vt1，n沟道mos管vt2，p沟道mos管vt3，分压电阻r12、r14、r15、r16、r17、r18；电流采样保持电路输出v1和欠压保护电路输出v2分别连接或门or1的输入两端，or1的输出v3连接r12的一端，r12的另一端连接电阻r14的一端和vt1的栅极，r14的另一端和vt1的源极均接vout-，vt1的漏极连接r16的一端v4，r16的另一端连接电池正极b+，v4连接分压电阻r15的一端，r15的另一端接vout-；v4连接vt2的栅极，vt2的源极接vout-，vt2的漏极接电阻r18的一端，r18的另一端接vt3的栅极和r17的一端，r17的另一端接b+和vt3的源极，vt3的漏极接输出vout+；过流、短路时输出v1高电平，欠压时输出v2高电平，经或门or1输出高电平，vt1导通，v4低电平，vt2断开，vt3断开，vout+断电。33.所述电源电路3包括电池，稳压芯片u4、u5。34.电池正极b+连接稳压芯片u4的1引脚，u4的2引脚输出vcc，连接u5的1引脚，u4的3引脚（gnd引脚）接b-；u5的2引脚输出为基准电压vref，u5的3引脚（gnd引脚）接b-，vcc与vref为系统供电；电池负极b-与输出vout-之间连接有采样电阻r13，采样电阻r13所属的的电流采样保持电路对电池输出电流进行采样，当出现过流或短路时，输出高电平v1；电池正负极连接分压电阻，电池欠压时，分压电阻所属的欠压保护电路输出高电平v2；电流采样保持电路输出v1和欠压保护电路输出v2分别连接电池输出控制电路的或门or1，当出现过流、短路或欠压时，或门or1输出高电平控制n沟道mos管vt1导通、n沟道mos管vt2断开、p沟道mos管vt3断开，电池输出控制电路输出端正极vout+断电，实现电池故障保护。35.当电池输出过流或短路故障发生时，输出电流巨大，流经采样电阻r13的电流大，转换为r13两端的高电压，电压信号经过运放u1后被放大，与运放u2的基准电压vref进行比较，大于vref时会触发过流短路保护，运放u2输出高电平，二极管vd1导通，u2输出保持高电平，经限流电阻r6和稳压管vd2稳压后输出高电平v1。36.当电池输出欠压故障发生时，电池经电阻r7和r8分压，由c1电容滤除干扰并进行迟滞检测，电压低于运放u3的正极基准电压vref时，运放u3输出高电平，若此时欠压振荡，由于u3输出高电平与r9、r10分压，将提高欠压比较基准，保证欠压开通滞回区间有效，u3输出高电平经限流电阻r11和稳压管vd3稳压后输出高电平v2。37.v1和v2连接电池输出控制电路中或门or1的两个输入引脚，or1输出高电平v3，v3经过限流电阻r12，驱动n沟道mos管vt1导通，则vt1的漏极v4与vout-导通，v4为低电平，使得n沟道mos管vt2关断，vt2的漏极断开，电池b+无法通过电阻r17和r18分压，p沟道mos管vt3断开，电池不输出，vout+断电，从而保护电池故障损坏。38.上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。









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