CN216290244U - 充放电mos管过流自恢复保护电路及电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池管理技术领域，提供了一种充放电MOS管过流自恢复保护电路及电源，电池的充放电回路中设置有开关器件；上述电路包括：电流检测模块、比较模块及开关控制模块；电流检测模块，通过电流检测模块的第一端和电流检测模块的第二端串联连接在电池的充放电回路中，电流检测模块的第三端与比较模块的输入端连接；比较模块的输出端与开关控制模块的输入端连接，开关控制模块的输出端与开关器件的控制端连接。本实用新型检测流过充放电回路的电流，并通过比较模块对电流进行判断，进而控制充放电回路的通断，完全通过硬件实现，响应速度快。

Description

充放电MOS管过流自恢复保护电路及电源

技术领域

本实用新型属于电池管理技术领域，尤其涉及一种充放电MOS管过流自恢复保护电路及电源。

背景技术

电动工具一般功率较大，持续放电时间长，受性能及成本影响一般不采用锂电池。然而随着动力型锂离子电池各项新技术的不断开发以及成本的降低，锂离子电池越来越广泛的应用于便携式电动工具中。

现有技术中，锂离子电池的充放电回路中通常设置有充放电MOS，用于控制锂离子电池的充放电。对于低功率设备，通常采用集成的电池管理芯片，通过软件实现过流检测。由于电动工具功率较大，采用上述方案进行过流检测响应时间过长，容易引起事故。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种充放电MOS管过流自恢复保护电路及电源，以解决现有技术中大功率电动工具电池中采用电池管理芯片进行过流检测，响应时间过长的问题。

本实用新型实施例第一方面提供了一种充放电MOS管过流自恢复保护电路，电池的充放电回路中设置有开关器件；上述充放电MOS管过流自恢复保护电路包括：电流检测模块、比较模块及开关控制模块；

电流检测模块，通过电流检测模块的第一端和电流检测模块的第二端串联连接在电池的充放电回路中，电流检测模块的第三端与比较模块的输入端连接；

比较模块的输出端与开关控制模块的输入端连接，开关控制模块的输出端与开关器件的控制端连接。

可选的，开关控制模块包括：第一开关单元、第二开关单元及第三开关单元；

第一开关单元的第一端与第二开关单元的控制端连接，第一开关单元的第二端接地，第一开关单元的控制端与开关控制模块的输入端连接；

第二开关单元的第一端与电池的正极连接，第二开关单元的第二端与第三开关单元的控制端连接；

第三开关单元的第一端与开关控制模块的输出端连接，第三开关单元的第二端接地。

可选的，第一开关单元包括：第一开关管、第二开关管、第一电阻、第二电阻及第三电阻；

第一开关管的第一端与内部电源端连接，第一开关管的第二端与第一电阻的第一端连接，第一开关管的控制端与第一开关单元的控制端连接；

第二开关管的第一端通过第三电阻与第一开关单元的第一端连接，第二开关管的第二端与第一开关单元的第二端连接，第二开关管的控制端分别与第一电阻的第二端及第二电阻的第一端连接；

第二电阻的第二端接地。

可选的，第二开关单元包括：第三开关管及第四电阻；

第三开关管的第一端分别与第四电阻的第一端及第二开关单元的第一端连接，第三开关管的第二端与第二开关单元的第二端连接，第三开关管的控制端分别与第四电阻的第二端及第二开关单元的控制端连接。

可选的，第三开关单元包括：第四开关管、第五开关管、第五电阻、第六电阻及第一电容；

第四开关管的第一端与第五开关管的第一端及第三开关单元的第一端连接，第四开关管的第二端与第五开关管的控制端连接，第四开关管的控制端分别与第五电阻的第一端及第六电阻的第一端连接；

第一电容的第一端分别与第三开关单元的控制端及第五电阻的第二端连接，第一电容的第二端接地；

第五开关管的第二端及第六电阻的第二端均接地。

可选的，开关器件包括：第一MOS管和第二MOS管；充放电MOS管过流自恢复保护电路还包括：分路模块；

分路模块的输入端与开关控制模块的输出端连接，分路模块的第一输出端与第一MOS管的栅极连接，分路模块的第二输出端与第二MOS管的栅极连接。

可选的，比较模块包括：第一运放、第二电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻及第十一电阻；

第一运放的第一输入端分别与第八电阻的第一端及第九电阻的第一端连接，第一运放的第二输入端分别与第七电阻的第一端及第二电容的第一端连接，第一运放的输出端分别与第十电阻的第一端及第十一电阻的第一端连接；

第七电阻的第二端与比较模块的输入端连接；第十一电阻的第二端与比较模块的输出端连接；

第九电阻的第二端及第十电阻的第二端均与内部电源端连接；

第二电容的第二端及第八电阻的第二端均接地。

可选的，电流检测模块包括：第二运放、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻；

第二运放的第一输入端分别与第十八电阻的第一端及第十三电阻的第一端连接，第二运放的第二输入端分别与第十六电阻的第一端及第十七电阻的第一端连接，第二运放的输出端分别与第十三电阻的第二端及电流检测模块的第三端连接；

第十六电阻的第二端分别与第十四电阻的第一端及第十五电阻的第一端连接；

第十八电阻的第二端分别与第十二电阻的第一端及电流检测模块的第一端连接；

第十七电阻的第二端分别与第十二电阻的第二端及电流检测模块的第二端连接；

第十四电阻的第二端与内部电源端连接；第十五电阻的第二端接地。

可选的，电流检测模块还包括：第三电容、第四电容、第五电容、第十九电阻及第二十电阻；

第十九电阻的第一端分别与第十二电阻的第一端及电流检测模块的第一端连接，第十九电阻的第二端分别与第三电容的第一端、第四电容的第一端及第十八电阻的第二端连接；

第二十电阻的第一端分别与第十二电阻的第二端及电流检测模块的第二端连接，第二十电阻的第二端分别与第四电容的第二端、第五电容的第一端及第十七电阻的第二端连接；

第三电容的第二端及第五电容的第二端均接地。

本实用新型实施例第二方面提供了一种电源，包括本实用新型实施例第一方面中的任一种充放电MOS管过流自恢复保护电路。

本实用新型实施例提供了一种充放电MOS管过流自恢复保护电路及电源，电池的充放电回路中设置有开关器件；上述电路包括：电流检测模块、比较模块及开关控制模块；电流检测模块，通过电流检测模块的第一端和电流检测模块的第二端串联连接在电池的充放电回路中，电流检测模块的第三端与比较模块的输入端连接；比较模块的输出端与开关控制模块的输入端连接，开关控制模块的输出端与开关器件的控制端连接。本实用新型实施例检测流过充放电回路的电流，并通过比较模块对电流进行判断，进而控制充放电回路的通断，完全通过硬件实现，响应速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种充放电MOS管过流自恢复保护电路的电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种开关控制模块的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的一种分路模块的电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的一种比较模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的一种电流检测模块的电路原理图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本实用新型实施例提供了一种充放电MOS管过流自恢复保护电路，电池BAT的充放电回路中设置有开关器件4；充放电MOS管过流自恢复保护电路包括：电流检测模块1、比较模块2及开关控制模块3；

电流检测模块1，通过电流检测模块1的第一端和电流检测模块1的第二端串联连接在电池BAT的充放电回路中，电流检测模块1的第三端与比较模块2的输入端连接；

比较模块2的输出端与开关控制模块3的输入端连接，开关控制模块3的输出端与开关器件4的控制端连接。

参考图1，开关器件4设置在电池BAT的充放电回路中，用于控制电池BAT的充放电。本实用新型实施例中通过电流检测模块1检测流过充放电回路的电流，并将检测得到的电流信号发送给比较模块2，比较模块2对电流信号进行检测，当检测到电流信号大于预设的电流值时，向开关控制模块3发送过流信号，开关控制模块3根据过流信号控制开关器件4断开，切断电池BAT的充放电回路。本实用新型实施例通过硬件进行过流保护，响应速度快，发生过流时可及时切断电池充放电回路，防止过流损坏电池BAT及用电设备，避免事故的发生。

一些实施例中，参考图2，开关控制模块3可以包括：第一开关单元31、第二开关单元32及第三开关单元33；

第一开关单元31的第一端与第二开关单元32的控制端连接，第一开关单元31的第二端接地，第一开关单元31的控制端与开关控制模块3的输入端连接；

第二开关单元32的第一端与电池BAT的正极B+连接，第二开关单元32的第二端与第三开关单元33的控制端连接；

第三开关单元33的第一端与开关控制模块3的输出端连接，第三开关单元33的第二端接地。

本实用新型实施例三个开关单元对比较模块2输出的电平信号进行处理，以满足开关器件4的控制电平需求，同时提高了电路的稳定性。

一些实施例中，参考图2，第一开关单元31可以包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3。

第一开关管Q1的第一端与内部电源端VCC连接，第一开关管Q1的第二端与第一电阻R1的第一端连接，第一开关管Q1的控制端与第一开关单元31的控制端连接；

第二开关管Q2的第一端通过第三电阻R3与第一开关单元31的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与第一开关单元31的第二端连接，第二开关管Q2的控制端分别与第一电阻R1的第二端及第二电阻R2的第一端连接；

第二电阻R2的第二端接地。

一些实施例中，第一开关管Q1可以为PNP型三极管，第二开关管Q2可以为NPN型三极管。

一些实施例中，参考图2，第二开关单元32可以包括：第三开关管Q3及第四电阻R4。

第三开关管Q3的第一端分别与第四电阻R4的第一端及第二开关单元32的第一端连接，第三开关管Q3的第二端与第二开关单元32的第二端连接，第三开关管Q3的控制端分别与第四电阻R4的第二端及第二开关单元32的控制端连接。

一些实施例中，第三开关管Q3可以为PNP型三极管。

一些实施例中，参考图2，第三开关单元33可以包括：第四开关管Q4、第五开关管Q5、第五电阻R5、第六电阻R6及第一电容C1；

第四开关管Q4的第一端与第五开关管Q5的第一端及第三开关单元33的第一端连接，第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的控制端连接，第四开关管Q4的控制端分别与第五电阻R5的第一端及第六电阻R6的第一端连接；

第一电容C1的第一端分别与第三开关单元33的控制端及第五电阻R5的第二端连接，第一电容C1的第二端接地；

第五开关管Q5的第二端及第六电阻R6的第二端均接地。

一些实施例中，第四开关管Q4和第五开关管Q5均可以为NPN型三极管。

参考图2，本实用新型实施例中，当第一开关单元31的控制端输入高电平时，第一开关管Q1、第二开关管Q2断、第三开关管Q3、第四开关管Q4及第五开关管Q5均断开，开关器件4受电池BAT管理电路的控制，进行正常的充放电控制。

第一开关单元31的控制端输入低电平时，第一开关管Q1、第二开关管Q2断、第三开关管Q3、第四开关管Q4及第五开关管Q5均导通，开关控制模块3的输出端的电平被拉低，控制开关器件4断开，电池BAT过流保护，停止充放电。

一些实施例中，参考图3，开关器件4可以包括：第一MOS管Q6和第二MOS管Q7；电池BAT过流保护电路还包括：分路模块；

分路模块的输入端与开关控制模块3的输出端连接，分路模块的第一输出端与第一MOS管Q6的栅极连接，分路模块的第二输出端与第二MOS管Q7的栅极连接。

一些实施例中，第一MOS管Q6和第二MOS管Q7均可以为NMOS。

参考图3，分路模块可以包括：第二十一电阻R21及第二十二电阻R22。

第二十一电阻R21的第一端与分路模块的输入端连接，第二十一电阻R21的第二端与分路模块的第一输出端连接；

第二十二电阻R22的第一端与分路模块的输入端连接，第二十二电阻R22的第二端与分路模块的第二输出端连接。

第一MOS管Q6和第二MOS管Q7分别用于控制电池BAT的充放电，分路模块用于将控制信号分为两路，用于控制两个MOS管，从而在充电电流或放电电流过大时及时停止充放电。

一些实施例中，参考图4，比较模块2可以包括：第一运放U1、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10及第十一电阻R11。

第一运放U1的第一输入端分别与第八电阻R8的第一端及第九电阻R9的第一端连接，第一运放U1的第二输入端分别与第七电阻R7的第一端及第二电容C2的第一端连接，第一运放U1的输出端分别与第十电阻R10的第一端及第十一电阻R11的第一端连接；

第七电阻R7的第二端与比较模块2的输入端连接；第十一电阻R11的第二端与比较模块2的输出端连接；

第九电阻R9的第二端及第十电阻R10的第二端均与内部电源端VCC连接；

第二电容C2的第二端及第八电阻R8的第二端均接地。

一些实施例中，第一运放U1的第一输入端可以为第一运放U1的正输入端，第二输入端为负输入端。

本实用新型实施例中，R8和R9用于提供基准电压，当比较模块2的输入电压小于该基准电压时，第一运放U1输出高电平；当比较模块2的输入电压不小于该基准电压时，第一运放U1输出低电平。电流检测模块1将检测到的流过充放电回路的电流转换为电压值与基准电压比较，确定是否过流。其中，基准电压根据预设电流值确定，可通过R8和R9对基准电压进行调整。

一些实施例中，参考图5，电流检测模块1可以包括：第二运放U2、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18。

第二运放U2的第一输入端分别与第十八电阻R18的第一端及第十三电阻R13的第一端连接，第二运放U2的第二输入端分别与第十六电阻R16的第一端及第十七电阻R17的第一端连接，第二运放U2的输出端分别与第十三电阻R13的第二端及电流检测模块1的第三端连接；

第十六电阻R16的第二端分别与第十四电阻R14的第一端及第十五电阻R15的第一端连接；

第十八电阻R18的第二端分别与第十二电阻R12的第一端及电流检测模块1的第一端连接；

第十七电阻R17的第二端分别与第十二电阻R12的第二端及电流检测模块1的第二端连接；

第十四电阻R14的第二端与内部电源端VCC连接；第十五电阻R15的第二端接地。

一些实施例中，第二运放U2的第一输入端可以为第二运放U2的负输入端，第二输入端为正输入端。

本实用新型实施例中，电池BAT充放电时电流流过第十二电阻R12，会在第十二电阻R12两端产生压差，该压差反应了电流的大小。该压差输入第二运放U2，通过第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17及第十八电阻R18进行预设倍数的放大后输出给比较模块2进行比较，确定是否过流。

一些实施例中，参考图5，电流检测模块1还可以包括：第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第十九电阻R19及第二十电阻R20。

第十九电阻R19的第一端分别与第十二电阻R12的第一端及电流检测模块1的第一端连接，第十九电阻R19的第二端分别与第三电容C3的第一端、第四电容C4的第一端及第十八电阻R18的第二端连接；

第二十电阻R20的第一端分别与第十二电阻R12的第二端及电流检测模块1的第二端连接，第二十电阻R20的第二端分别与第四电容C4的第二端、第五电容C5的第一端及第十七电阻R17的第二端连接；

第三电容C3的第二端及第五电容C5的第二端均接地。

本实用新型实施例还设置有第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5进行滤波，防止信号干扰，提高了电路的准确性。

下面结合具体实施例对上述电路进行详细说明。

参考图2、图3、图4及图5。

当电池BAT在进行充放电，但充放电电流未超过预设的电流值时，第十二电阻R12两端会产生一个很小的压差，电流检测模块1对该压差放大后输出一个较小的电压信号给第一运放U1的负输入端，第一运放U1正输入端电压大于负输入端电压，第一运放U1输出高电平，开关控制模块3中的各个开关管均断开，没有触发过流保护功能，电池BAT正常充放电；

当充放电电流大于预设的电流值时，第十二电阻R12两端的压差变大，第一运放U1的负输入端的电压大于正输入端的电压，第一运放U1输出低电平，开关控制模块3中的各个开关管均导通，开关控制模块3输出端被拉低，输出低电平，控制第一MOS管Q6和第二MOS管Q7均断开，触发过流保护功能，电池BAT无法正常充放电；

当过流问题消失，电池BAT充放电回路中的电流小于预设的电流值时，过流保护解除，电池BAT恢复正常充放电。

对应于上述任一种充放电MOS管过流自恢复保护电路，本实用新型实施例还提供了一种电源，该电源包括上述任一种充放电MOS管过流自恢复保护电路，且具有上述充放电MOS管过流自恢复保护电路所具有的优点，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，电池的充放电回路中设置有开关器件；所述充放电MOS管过流自恢复保护电路包括：电流检测模块、比较模块及开关控制模块；

所述电流检测模块，通过所述电流检测模块的第一端和所述电流检测模块的第二端串联连接在所述电池的充放电回路中，所述电流检测模块的第三端与所述比较模块的输入端连接；

所述比较模块的输出端与所述开关控制模块的输入端连接，所述开关控制模块的输出端与所述开关器件的控制端连接。

2.如权利要求1所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述开关控制模块包括：第一开关单元、第二开关单元及第三开关单元；

所述第一开关单元的第一端与所述第二开关单元的控制端连接，所述第一开关单元的第二端接地，所述第一开关单元的控制端与所述开关控制模块的输入端连接；

所述第二开关单元的第一端与所述电池的正极连接，所述第二开关单元的第二端与所述第三开关单元的控制端连接；

所述第三开关单元的第一端与所述开关控制模块的输出端连接，所述第三开关单元的第二端接地。

3.如权利要求2所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述第一开关单元包括：第一开关管、第二开关管、第一电阻、第二电阻及第三电阻；

所述第一开关管的第一端与内部电源端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一开关管的控制端与所述第一开关单元的控制端连接；

所述第二开关管的第一端通过所述第三电阻与所述第一开关单元的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第一开关单元的第二端连接，所述第二开关管的控制端分别与所述第一电阻的第二端及所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端接地。

4.如权利要求2所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述第二开关单元包括：第三开关管及第四电阻；

所述第三开关管的第一端分别与所述第四电阻的第一端及所述第二开关单元的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第二开关单元的第二端连接，所述第三开关管的控制端分别与所述第四电阻的第二端及所述第二开关单元的控制端连接。

5.如权利要求2所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述第三开关单元包括：第四开关管、第五开关管、第五电阻、第六电阻及第一电容；

所述第四开关管的第一端与所述第五开关管的第一端及所述第三开关单元的第一端连接，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的控制端连接，所述第四开关管的控制端分别与所述第五电阻的第一端及所述第六电阻的第一端连接；

所述第一电容的第一端分别与所述第三开关单元的控制端及所述第五电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端接地；

所述第五开关管的第二端及所述第六电阻的第二端均接地。

6.如权利要求1至5任一项所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述开关器件包括：第一MOS管和第二MOS管；所述充放电MOS管过流自恢复保护电路还包括：分路模块；

所述分路模块的输入端与所述开关控制模块的输出端连接，所述分路模块的第一输出端与所述第一MOS管的栅极连接，所述分路模块的第二输出端与所述第二MOS管的栅极连接。

7.如权利要求1至5任一项所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述比较模块包括：第一运放、第二电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻及第十一电阻；

所述第一运放的第一输入端分别与所述第八电阻的第一端及所述第九电阻的第一端连接，所述第一运放的第二输入端分别与所述第七电阻的第一端及所述第二电容的第一端连接，所述第一运放的输出端分别与所述第十电阻的第一端及所述第十一电阻的第一端连接；

所述第七电阻的第二端与所述比较模块的输入端连接；所述第十一电阻的第二端与所述比较模块的输出端连接；

所述第九电阻的第二端及所述第十电阻的第二端均与内部电源端连接；

所述第二电容的第二端及所述第八电阻的第二端均接地。

8.如权利要求1至5任一项所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述电流检测模块包括：第二运放、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻；

所述第二运放的第一输入端分别与所述第十八电阻的第一端及所述第十三电阻的第一端连接，所述第二运放的第二输入端分别与所述第十六电阻的第一端及所述第十七电阻的第一端连接，所述第二运放的输出端分别与所述第十三电阻的第二端及所述电流检测模块的第三端连接；

所述第十六电阻的第二端分别与所述第十四电阻的第一端及所述第十五电阻的第一端连接；

所述第十八电阻的第二端分别与所述第十二电阻的第一端及所述电流检测模块的第一端连接；

所述第十七电阻的第二端分别与所述第十二电阻的第二端及所述电流检测模块的第二端连接；

所述第十四电阻的第二端与内部电源端连接；所述第十五电阻的第二端接地。

9.如权利要求8所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路，其特征在于，所述电流检测模块还包括：第三电容、第四电容、第五电容、第十九电阻及第二十电阻；

所述第十九电阻的第一端分别与所述第十二电阻的第一端及所述电流检测模块的第一端连接，所述第十九电阻的第二端分别与所述第三电容的第一端、所述第四电容的第一端及所述第十八电阻的第二端连接；

所述第二十电阻的第一端分别与所述第十二电阻的第二端及所述电流检测模块的第二端连接，所述第二十电阻的第二端分别与所述第四电容的第二端、所述第五电容的第一端及所述第十七电阻的第二端连接；

所述第三电容的第二端及所述第五电容的第二端均接地。

10.一种电源，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的充放电MOS管过流自恢复保护电路。

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