專利名稱：一種電池保護(hù)及火花抑制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電池保護(hù)及火花抑制電路。
背景技術(shù)：
由于電池在發(fā)生外部短路或內(nèi)部短路時，可能會瞬間大電流放電而產(chǎn)生電火花，而電火花的產(chǎn)生會引發(fā)火災(zāi)或爆炸等危險，因此若能夠在普通電池上增設(shè)電池保護(hù)及火花抑制電路能夠極大提高普通電池的安全性。然而，目前解決電池短路保護(hù)和火花抑制問題的方案有如下兩種一種解決方案是針對礦用本安電池產(chǎn)品，其主要采用的方法是關(guān)斷輸出的方式來阻止火花的產(chǎn)生，而這一方式對開關(guān)元件的響應(yīng)速度，和電路的寄生電容有較高的要求。另一種解決方案是針對普通本安電源，其主要采用的方式是電阻限流的方式來阻止火花的產(chǎn)生，而這一方式不僅會極大減少本安電池的帶載能力，難以滿足功率要求；而且需要較大的體積，難以滿足體積的要求?？梢?，鑒于普通電池的應(yīng)用領(lǐng)域及電池空間的限制，上述兩種解決方案均不能應(yīng)用于解決普通電池的保護(hù)和火花抑制的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電池保護(hù)及火花抑制電路，該電路增設(shè)在電池輸出端上，能夠阻止快速放電時所產(chǎn)生的電池火花。為解決上述問題，本發(fā)明所設(shè)計的一種電池保護(hù)及火花抑制電路，主要由電流采樣電路、限流電路、電壓反饋電路和關(guān)斷電路組成。其中，電流采樣電路包括電阻Rl和第一電平轉(zhuǎn)換模塊U1。電阻Rl的兩端分別與第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul的2個輸入端相連接。電阻Rl的一端連接電池正極，另一端連接限流電路的二極管Dl的負(fù)端。第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul的輸出端連接到限流電路的二極管Dl的正端。
限流電路包括第一場效應(yīng)管F1、電阻R2和二極管Dl。電阻R2與并聯(lián)在二極管Dl的兩端。第一場效應(yīng)管Fl的柵極與二極管Dl的正端連接，源極與電池負(fù)極連接，漏極連接到關(guān)斷電路的第二場效應(yīng)管F2的源極。二極管Dl的負(fù)端連接到外部輸出正極。電壓反饋電路包括電阻R5、電容C3、二極管D2和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2。電阻R5一端連接到外部輸出負(fù)極，另一端連接到二極管D2的負(fù)端和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的一個輸入端。二極管D2的正端和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的另一個輸入端連接電池負(fù)極。電容C3并聯(lián)在二極管D2的兩端。第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的輸出與關(guān)斷電路的二極管D3的負(fù)端相連。關(guān)斷電路包括第二場效應(yīng)管F2、電阻R6、電阻R7和二極管D3。場效應(yīng)管F2的柵極與二極管D3的正端相連接。電阻R7并聯(lián)在二極管D3的兩端。電阻R6—端與二極管D3的正端相連，另一端與電池負(fù)極相連。進(jìn)一步的，上述電池保護(hù)及火花抑制電路還包括有穩(wěn)壓限流電路，該穩(wěn)壓限流電路包括電阻R8和穩(wěn)壓管D5。穩(wěn)壓管D5的正端與外部輸出負(fù)極相連，負(fù)端與電阻R8的一端相連，電阻R8的另一端連接到外部輸出正極。
上述方案中，二極管Dl的負(fù)端最好還經(jīng)由一二極管D4連接到外部輸出正極。上述方案中，電池的正、負(fù)極兩端最好并聯(lián)有電容Cl和/或電容C2，且電容Cl和電容C2相互之間呈并聯(lián)連接。上述方案中，電阻Rl的一端最好還經(jīng)由一保險絲FUSEl連接到電池正極。本發(fā)明采用在電池輸出端增加電池保護(hù)電路的方式阻止快速放電問題所產(chǎn)生的電池火花抑制電路。同時當(dāng)短路發(fā)生時，能夠迅速限制電流，并將負(fù)載隔離，防止二次短路， 當(dāng)負(fù)載或短路故障移除后，自動恢復(fù)對外供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了微功耗的電流檢測及限流方案，使本安電池大功率供電時的能量損耗降到最低。同時采用了半導(dǎo)體限流的方式與截斷輸出的保護(hù)方式，解決快速放電時的火花抑制問題，當(dāng)保護(hù)電路觸發(fā)后，在限制電流的同時，迅速切斷輸出回路，防止二次短路。該保護(hù)電路成功地解決了電池大功率供電問題和短路情況下的本安問題，增加了火花保護(hù)抑制電路后，在短路情況下，電路能夠迅速限制電流并切斷對外輸出，當(dāng)短路故障移除后，能夠自動恢復(fù)供電。同時，該電路具有微功耗、小體積的優(yōu)點，可以方便地集成到電池殼體中。


圖I為一種電池保護(hù)及火花抑制電路的電路原理圖。
具體實施例方式一種電池保護(hù)及火花抑制電路的電路如圖I所示，其主要由電流采樣電路、限流電路、電壓反饋電路、關(guān)斷電路和穩(wěn)壓限流電路五部分組成。其中，電流采樣電路包括了電阻Rl和第一電平轉(zhuǎn)換模塊U1。電流采樣電路的電阻Rl —端通過一個保險絲FUSEl與電池正極相連，另一端連接一個二極管D4的正端。電阻Rl兩端與第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul的2個電壓輸入端相連接。第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul的輸出端連接到限流電路的電阻R2與二極管Dl的正端。當(dāng)負(fù)載電流瞬間增大時，通過電阻Rl的電流Il增大，使電阻Rl兩端的壓降增大，若該電壓達(dá)到保護(hù)閾值，則輸出控制電平Vc。限流電路包括第一場效應(yīng)管F1、電阻R2和二極管D1。限流電路的二極管Dl的負(fù)端和電阻R2的一端與電流采樣電路的電阻Rl的一端相連。第一場效應(yīng)管Fl的柵極連接二極管Dl正端和電阻R2的另一端，源極與電池負(fù)極連接，漏極連接到關(guān)斷電路的第二場效應(yīng)管F2的源極。場效應(yīng)管Fl接收到控制電平Vc后，立即關(guān)斷，從而瞬間截斷電路通路，完成電流控制功能。電壓反饋電路包括電阻R5、電容C3、二極管D2和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2。電壓反饋電路的電阻R5的一端連接到外部輸出負(fù)極；電阻R5的另一端連接到電容C3的一端、二極管D2的負(fù)端、以及第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的一個輸入端。電容C3的另一端、二極管D2的正端、以及第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的另一個輸入端與電池負(fù)極連接。第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的輸出端與關(guān)斷電路的電阻R7和二極管D3的負(fù)端相連接。若負(fù)載仍連接于輸出端，則外部輸出負(fù)極OGND的電壓升高，經(jīng)過電阻R5向電容C3充電，當(dāng)電容充電至閥值電壓時，第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2動作，從第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的輸出端輸出Vc2。關(guān)斷電路包括場效應(yīng)管F2、電阻R6、電阻R7和二極管D3。關(guān)斷電路的第二場效應(yīng)管F2的柵極與電阻R7 —端和二極管D3的正極相連接。電阻R6的一端接電池負(fù)極，一端與電阻R7相連接。第二場效應(yīng)管F2的漏極連接到外部輸出負(fù)極。第二場效應(yīng)管F2接收到控制電平Vc2后，立即關(guān)斷，使輸出端負(fù)極保持截斷狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載移除或短路解除后，F(xiàn)2才再次開啟，從而保證在負(fù)載電流急劇增大或發(fā)生短路時，進(jìn)行限流，抑制火花的產(chǎn)生，并且切斷負(fù)載，防止再次產(chǎn)生火花。穩(wěn)壓限流電路包括電阻R8和穩(wěn)壓管D5。穩(wěn)壓管D5的正極與外部輸出負(fù)極相連，穩(wěn)壓管D5的負(fù)端與電阻R8的一端相連。電阻R8的另一端連接到外部輸出正極。當(dāng)外部輸出的正負(fù)極電壓高于穩(wěn)壓管D5的穩(wěn)定電壓，穩(wěn)壓管D5導(dǎo)通，從而保證輸出端的電壓值。
此外，電池的正、負(fù)極兩端最好并聯(lián)有電容Cl和電容C2，且電容Cl和電容C2相互之間呈并聯(lián)連接。電池正極電壓經(jīng)過自恢復(fù)的保險絲Fusel后連接到電阻R1。本發(fā)明的工作流程首先電池battery正極電壓經(jīng)過自恢復(fù)保險絲Fusel后,通過電容Cl、電容C2進(jìn)行穩(wěn)壓，通過二極管D4整流后，輸出到外部輸出正極Vout。電池負(fù)極BGND經(jīng)過第一場效應(yīng)管Fl和第二場效應(yīng)管F2后輸出到外部輸出負(fù)極0GND。當(dāng)負(fù)載電流瞬間增大時，通過電阻Rl的電流Il增大，使電阻Rl兩端的壓降增大。若達(dá)到保護(hù)閾值，則輸出控制電平給限流電路，使第一場效應(yīng)管Fl立即關(guān)斷，從而瞬間截斷電路通路，完成電流控制功能。當(dāng)負(fù)載過重或發(fā)生短路，使外部輸出電壓急劇下降時，二極管Dl導(dǎo)通，使第一場效應(yīng)管Fl控制極電壓迅速下降，將外部輸出負(fù)極關(guān)斷，從而將電池與外部負(fù)載隔離。若負(fù)載仍連接于輸出端，則外部輸出負(fù)極的電壓升高，經(jīng)過電壓反饋電路的電阻R5向電容C3充電，當(dāng)電容C3充電至閥值電壓時，第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2動作，將第二場效應(yīng)管F2關(guān)斷，使外部輸出負(fù)極保持截斷狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載移除或短路解除后，第二場效應(yīng)管F2才再次開啟，從而保證在負(fù)載電流急劇增大或發(fā)生短路時，進(jìn)行限流，抑制火花的產(chǎn)生，并且切斷負(fù)載，防止再次產(chǎn)生火花。
權(quán)利要求
1.一種電池保護(hù)及火花抑制電路，其特征在于主要由電流采樣電路、限流電路、電壓反饋電路和關(guān)斷電路組成；其中， 電流采樣電路包括電阻Rl和第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul ;電阻Rl的兩端分別與第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul的2個輸入端相連接；電阻Rl的一端連接電池正極，另一端連接限流電路的二極管Dl的負(fù)端；第一電平轉(zhuǎn)換模塊Ul的輸出端連接到限流電路的二極管Dl的正端； 限流電路包括第一場效應(yīng)管F1、電阻R2和二極管Dl ;電阻R2與并聯(lián)在二極管Dl的兩端；第一場效應(yīng)管Fl的柵極與二極管Dl的正端連接，源極與電池負(fù)極連接，漏極連接到關(guān)斷電路的第二場效應(yīng)管F2的源極；二極管Dl的負(fù)端連接到外部輸出正極； 電壓反饋電路包括電阻R5、電容C3、二極管D2和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2 ；電阻R5 —端連接到外部輸出負(fù)極，另一端連接到二極管D2的負(fù)端和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的一個輸入端；二極管D2的正端和第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的另一個輸入端連接電池負(fù)極；電容C3并聯(lián)在二極管D2的兩端；第二電平轉(zhuǎn)換模塊U2的輸出與關(guān)斷電路的二極管D3的負(fù)端相連； 關(guān)斷電路包括第二場效應(yīng)管F2、電阻R6、電阻R7和二極管D3 ;場效應(yīng)管F2的柵極與二極管D3的正端相連接；電阻R7并聯(lián)在二極管D3的兩端；電阻R6 —端與二極管D3的正端相連，另一端與電池負(fù)極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電池保護(hù)及火花抑制電路，其特征在于還進(jìn)一步包括有穩(wěn)壓限流電路，該穩(wěn)壓限流電路包括電阻R8和穩(wěn)壓管D5 ;穩(wěn)壓管D5的正端與外部輸出負(fù)極相連，負(fù)端與電阻R8的一端相連，電阻R8的另一端連接到外部輸出正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一種電池保護(hù)及火花抑制電路，其特征在于二極管Dl的負(fù)端經(jīng)過一個二極管D4連接到外部輸出正極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一種電池保護(hù)及火花抑制電路，其特征在于電池的正、負(fù)極兩端并聯(lián)有電容Cl和/或電容C2，且電容Cl和電容C2相互之間呈并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的一種電池保護(hù)及火花抑制電路，其特征在于電阻Rl的一端還經(jīng)由一保險絲FUSEl連接到電池正極。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電池保護(hù)及火花抑制電路，該電路增設(shè)在電池輸出端上，其主要由電流采樣電路、限流電路、電壓反饋電路、關(guān)斷電路和穩(wěn)壓限流電路組成。采用在電池輸出端增加電池保護(hù)電路的方式阻止快速放電問題所產(chǎn)生的電池火花抑制電路。同時當(dāng)短路發(fā)生時，能夠迅速限制電流，并將負(fù)載隔離，防止二次短路，當(dāng)負(fù)載或短路故障移除后，自動恢復(fù)對外供電。
文檔編號H02H7/18GK102969701SQ20121051070
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者黃廷磊, 劉杰, 覃志松, 林科, 張紀(jì)元, 張姿, 梁海 申請人:桂林海博泰克電子科技有限公司