本發(fā)明涉及電源安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種短路保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

由于鋰電池單體在生產(chǎn)制造的差異，導(dǎo)致鋰電池在成組時(shí)存在一致性問題，并且由于電池組在使用過程中的溫度差異，導(dǎo)致鋰電池組隨著循環(huán)次數(shù)的增加，這種不一致性逐漸增大，因此需要均衡電路對(duì)其進(jìn)行均衡，改善電池組的一致性。

均衡方式分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，針對(duì)主動(dòng)均衡，目前運(yùn)用最多的是補(bǔ)電式均衡。均衡電路在使用時(shí)存在短路失效的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。目前針對(duì)電池均衡的短路保護(hù)存在以下問題：

1、通過軟件控制時(shí)，短路響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)均衡開關(guān)器件和電池組本身造成損害，同時(shí)軟件的失效會(huì)導(dǎo)致均衡電路存在無保護(hù)狀態(tài)。

2、依靠均衡電路自身的可靠性，致使均衡電路短路失效處于不可控的狀態(tài)，可能造成鋰電池組充放電安全性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：當(dāng)補(bǔ)電式均衡電路短路時(shí)，如何快速有效地保護(hù)補(bǔ)電式均衡電路和電池組。

(二)技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種短路保護(hù)電路，包括采樣單元、比較單元以及短路保護(hù)單元；

其中，所述采樣單元，用于采集待保護(hù)的均衡電路的電流，并輸出至所述比較單元；

所述比較單元，用于將所述均衡電路的電流與預(yù)設(shè)的電流閾值比較，若判斷獲知所述均衡電路的電流大于預(yù)設(shè)的電流閾值，則控制所述短路保護(hù)單元斷開所述均衡電路與直流電源的連接；

所述短路保護(hù)單元包括驅(qū)動(dòng)電路和短路保護(hù)開關(guān)；

所述短路保護(hù)開關(guān)包括N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管；

所述驅(qū)動(dòng)電路包括第一降壓電阻；第一分流電阻；第一限流電阻；供電電阻；穩(wěn)壓管；乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路；

所述穩(wěn)壓管的陽(yáng)極與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的源極相連；所述穩(wěn)壓管的陰極與所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極通過所述第一降壓電阻相連；所述穩(wěn)壓管并聯(lián)第一分流電阻；所述穩(wěn)壓管的陰極通過第一限流電阻與所述乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸出端相連；

所述乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸入端通過所述供電電阻與電源連接；

所述乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸入端連接短路控制信號(hào)的輸入端。

優(yōu)選地，所述供電電阻通過下拉電阻接地端。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)電路還包括發(fā)光二極管；所述發(fā)光二極管的陽(yáng)極與乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸出端通過第二降壓電阻連接；所述發(fā)光二極管的陰極接地端。

優(yōu)選地，所述乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路包括一個(gè)NPN三極管和一個(gè)PNP三極管；所述NPN三極管的發(fā)射極與所述PNP三極管的發(fā)射極連接后作為所述乙類推挽式放大電路的輸出端；所述NPN三極管的基極與所述PNP三極管的基極連接后作為所述乙類推挽式放大電 路的輸入端；所述NPN三極管的集電極連接電源；所述PNP三極管的集電極接地端。

所述驅(qū)動(dòng)電路還包括二極管，所述二極管與所述第一限流電阻并聯(lián)，所述二極管的陽(yáng)極與所述發(fā)光二極管的陰極相連，所述二極管的陰極與所述乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸出端相連。

所述均衡電流采樣電路包括調(diào)理電阻；第一濾波電容；求差放大電路；限幅二極管組；

所述求差放大電路包括集成運(yùn)算放大器；

所述調(diào)理電阻接于所述求差放大電路的第一輸入端和第二輸入端之間；所述求差放大電路的第二輸入端，通過所述第一濾波電容接地；所述限幅二極管組接于所述集成運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端之間，構(gòu)成雙向限幅二極管；

從采樣單元采集的電流信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電阻調(diào)理和求差放大電路放大后輸出采樣電流至比較單元。

優(yōu)選地，所述集成運(yùn)算放大器采用單電源模式。

所述比較單元包括均衡電流閾值電路；直流平衡電阻；電壓比較器；上拉電阻；第二濾波電容；第三降壓電阻；第四降壓電阻；第二分流電阻；晶閘管；光耦開關(guān)；

所述均衡電流閾值電路包括第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端連接電源，另一端連接第二電阻；所述第二電阻的另一端接地端；

所述光耦開關(guān)具有四個(gè)管腳；

所述電壓比較器的反相輸入端與所述第一電阻和所述第二電阻之間的位置相連；所述直流平衡電阻與所述電壓比較器的正相輸入端連接；所述上拉電阻一端與電源連接，一端與所述電壓比較器的輸出端連接；所述電壓比較器的輸出端通過所述第三降壓電阻與所述晶閘管門極連接；所述第二濾波電容一端接所述晶閘管門極，另一端接地端；所述第二分流電阻一端連接晶閘管的門極，另一端接地端；所述晶閘 管的陰極接地端，陽(yáng)極通過所述第四降壓電阻與所述光耦開關(guān)的第二管腳相連。

優(yōu)選地，所述比較單元還包括發(fā)光二極管和第五降壓電阻；所述發(fā)光二極管的陽(yáng)極通過所述第五降壓電阻與所述光耦開關(guān)的第二管腳相連，所述發(fā)光二極管的陰極與晶閘管的陽(yáng)極連接。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種短路保護(hù)電路，其中的采樣單元、比較單元以及短路保護(hù)單元采用全硬件設(shè)計(jì)，不涉及軟件部分，避免了軟件失效導(dǎo)致短路保護(hù)失效的問題。

另外，通過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)短路保護(hù)開關(guān)通斷的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)均衡電路的保護(hù)，即當(dāng)均衡電路短路時(shí)，能立即切斷均衡電路，響應(yīng)時(shí)間短。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)本發(fā)明提供的短路保護(hù)電路實(shí)施例原理框圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)電路在系統(tǒng)電路上實(shí)施例電路示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明提供的采樣單元實(shí)施例電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明提供的比較單元實(shí)施例電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、 完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種短路保護(hù)電路的實(shí)施例，包括采樣單元、比較單元、驅(qū)動(dòng)電路以及短路保護(hù)開關(guān)；

采樣單元通過采樣電阻對(duì)待保護(hù)的均衡電路的電流進(jìn)行電流采集，采集的電流通過比較單元與預(yù)設(shè)的電流閾值比較，若判斷獲知所述均衡電路的電流大于預(yù)設(shè)的電流閾值，則驅(qū)動(dòng)電路控制短路保護(hù)開關(guān)斷開均衡電路與直流電源的連接；

短路保護(hù)開關(guān)有三個(gè)引腳，第二引腳與均衡電路中的隔離直流源相連，第三引腳通過采樣電阻與均衡開關(guān)電路相連，第一引腳與驅(qū)動(dòng)電路相連。

其中，采樣單元、比較單元以及驅(qū)動(dòng)電路以及短路保護(hù)開關(guān)采用全硬件設(shè)計(jì)，不涉及軟件部分，避免了軟件失效導(dǎo)致短路保護(hù)失效的問題。另外，通過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)短路保護(hù)開關(guān)通斷的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)均衡電路的保護(hù)，即當(dāng)均衡電路短路時(shí)，可立即切斷均衡電路，響應(yīng)時(shí)間短。

在具體實(shí)施時(shí)，這里的驅(qū)動(dòng)電路可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，下面對(duì)其中一種實(shí)施方式進(jìn)行具體介紹，如圖2所示，為本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路在系統(tǒng)電路上的電路示意圖，穩(wěn)壓管D3的陽(yáng)極與MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3的源極相連，陰極與MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3的柵極通過第一降壓電阻R5相連；穩(wěn)壓管D3并聯(lián)第一分流電阻R6；穩(wěn)壓管的陰極通過第一限流電阻R1與乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸出端相連；乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸入端與供電電阻R2串聯(lián)后與電源連接；MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3的源極通過采樣電阻R7與均衡開關(guān)U1相連；從采樣電阻R7兩端輸出Is+和Is-到采集單元中。

供電電阻R2通過下拉電阻R3接地端。

發(fā)光二極管D2的陽(yáng)極與乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸出端通過第二降壓電阻R4連接；陰極接地端。

乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路包括NPN型三極管Q1和PNP型三極管Q2；Q1的集電極連接電源；Q1的發(fā)射極與Q2的發(fā)射極連接后作為乙類推挽式放大電路的輸出端；Q1的基極與Q2的基極連接后作為乙類推挽式放大電路的輸入端；Q2的集電極接地端。

二極管D1與第一限流電阻R1并聯(lián)，二極管D1陽(yáng)極與發(fā)光二極管D2的陰極相連，二極管D1的陰極與乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸出端相連。

所述驅(qū)動(dòng)電路工作原理如下：

輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)分為低電平信號(hào)和高電平信號(hào)，當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)通過乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸入端輸入時(shí)，驅(qū)動(dòng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3截止，對(duì)均衡電路進(jìn)行短路保護(hù)，此時(shí)發(fā)光二極管D2截止。

當(dāng)高電平信號(hào)輸入時(shí)，通過乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路放大，再經(jīng)過第一限流電阻R1限流和第一降壓電阻R5降壓后，驅(qū)動(dòng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3導(dǎo)通，均衡電路正常工作，此時(shí)發(fā)光二極管D2導(dǎo)通，起到指示的作用。

二極管D1、第二降壓電阻R4和發(fā)光二極管D2形成快速釋放MOS管結(jié)電容電壓回路。

穩(wěn)壓管D3、第一分流電阻R6和第一限流電阻R1組成穩(wěn)壓電路，保護(hù)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通，防止電壓過大而擊穿。

下拉電阻R3作為+15V的負(fù)載，起到穩(wěn)壓的作用，防止負(fù)載過小，電壓不穩(wěn)。

在具體實(shí)施時(shí)，這里的采樣單元可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，下面對(duì)其中一種實(shí)施方式進(jìn)行具體介紹，如圖3所示，為本實(shí)施例的采樣單元電路結(jié)構(gòu)示意圖：

電阻R8、R10、R11、R12和集成運(yùn)算放大器U4組成求差放大電路，其中電阻R8一端為求差放大電路的第一輸入端，另一端與集成運(yùn) 算放大器U4的反向輸入端連接；電阻R12一端接集成運(yùn)算放大器U4的反向輸入端，另一端接運(yùn)算放大器U4的輸出端；電阻R10一端為求差放大電路的第二輸入端，另一端接集成運(yùn)算放大器U4的同向輸入端；電阻R11一端接集成運(yùn)算放大器U4的同向輸入端，另一端接2.048V的基準(zhǔn)電壓。

調(diào)理電阻R9接于求差放大電路的第一輸入端和第二輸入端之間；求差放大電路的第二輸入端，通過第一濾波電容C1接地。

兩個(gè)二極管D4、D5接于集成運(yùn)算放大器U4的同相輸入端和反相輸入端之間，構(gòu)成雙向限幅二極管。

所述采樣單元的工作原理如下：

從采樣電阻R7兩端采集的電流信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電阻R9的調(diào)理和求差放大電路放大后輸出電流采樣值至均衡電流比較電路；求差放大電路中的電阻R11一端接集成運(yùn)算放大器U4的同向輸入端，另一端接基準(zhǔn)電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的采集。

在具體實(shí)施時(shí)，這里的比較單元可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，下面對(duì)其中一種實(shí)施方式進(jìn)行具體介紹，如圖4所示，為本實(shí)施例的比較單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括均衡電流閾值電路；直流平衡電阻R15；電壓比較器U5；上拉電阻R16；第二濾波電容C1；第三降壓電阻R17；第四降壓電阻R19；第二分流電阻R18；晶閘管D7；光耦開關(guān)U6。

均衡電流閾值電路由電阻R13和電阻R14串聯(lián)組成，串聯(lián)后的電阻一端連電源，一端接地端。

晶閘管D7具有門極、陽(yáng)極和陰極。

光耦開關(guān)U6具有四個(gè)管腳；

電壓比較器U5的反相輸入端與電阻R13和電阻R14之間的位置相連，直流平衡電阻R15與電壓比較器U5的正相輸入端連接；上拉電阻R16一端與電源連接，一端與電壓比較器U5的輸出端連接；電壓比較器U5的輸出端通過第三降壓電阻R17與晶閘管D7的門極連接；第二濾波電容C1一端接晶閘管D7的門極，另一端接地端；第二分流 電阻R18一端連接晶閘管D7的門極，另一端接地端；晶閘管D7的陰極接地端，陽(yáng)極通過第四降壓電阻R19與光耦開關(guān)U6的第二管腳相連。

發(fā)光二極管D6的陽(yáng)極通過第四降壓電阻R19與光耦開關(guān)U6的第二管腳相連，發(fā)光二極管D6的陰極與晶閘管D7的陽(yáng)極連接。

所述比較單元工作原理如下：

從采樣單元輸出的電流采樣值，通過直流平衡電阻R15傳輸?shù)诫妷罕容^器U5，與預(yù)設(shè)的均衡電流保護(hù)值通過比較器U5相比較，如果電流采樣值大于均衡電流閾值，則U5輸出高電平，驅(qū)動(dòng)晶閘管D7導(dǎo)通，則電源VCC、光耦開關(guān)U6、第四降壓電阻R19、發(fā)光二極管D6、晶閘管D7、GND回路導(dǎo)通，光耦開關(guān)U6的第三管腳和第四管腳短路，輸出低電平信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路中的乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸入端，MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3斷開，對(duì)均衡電路進(jìn)行短路保護(hù)；

如果電流采樣值小于均衡電流閾值，則光耦開關(guān)U6輸出高電平信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路中的乙類推挽式互補(bǔ)功率放大電路的輸入端，MOS場(chǎng)效應(yīng)管U3吸合，均衡電路正常工作。

通過改變R13和R14的阻值的大小，可以設(shè)定不同的電流閾值。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。