专利名称：一种应急电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应急电源。
背景技术：
一般的应急电源主要由比较简单的控制电路和一台蓄电池组成。该控制电路是内部电池检测电路，其对设备电池的电量进行检测，同时当所应用的设备电池的电量不足时，可以对该设备电池进行充电。
当该应急电源与设备电池连接时，如果将正负极性接反时，会产生报警信号，然后切断电流输出，使设备电路断开不进行工作。只有当正负极性连接正确后，该应急电源才能正常工作，这就降低了该应急电源的可操作性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种应急电源。其与设备电池连接后，能自动判断电池连接的正负极性，然后提供正确的电流输出信号，使用方便快捷，提高了可操作性。
为达到上述目的，本实用新型提供一种应急电源，其包含电路连接的控制电路和一蓄电池；所述的控制电路包含依次电路连接的外部电池检测电路，驱动逻辑电路，自动反接电路，充电控制及电池电量检测电路；所述的外部电池检测电路，驱动逻辑电路，自动反接电路，充电控制及电池电量检测电路分别还连接一单片机；所述的驱动逻辑电路(H桥电路)包含高端驱动电路和低端驱动电路；所述的驱动逻辑电路还包含限流保护电路，其由单片机的PWM(脉冲宽度调制)控制实现；所述的自动反接电路由若干MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)组成；包含由正向逻辑信号驱动的若干MOSFET和由反向逻辑信号驱动的若干MOSFET；所述的控制电路还包含时间保护电路和过温保护电路；所述的时间保护电路由单片机控制；所述的过温保护电路与单片机连接。
本实用新型提供的应急电源的工作原理如下当该应急电源与设备电池连接后，外部电池检测电路对电池极性的连接进行判断，首先，该外部电池检测电路时会产生一偏置电压，并将该偏置电压传送给单片机，当单片机接收到该偏置电压信号后，再判断应急电源与设备电池连接的正负极性；当应急电源与设备电池正接时，外部电池检测电路在信号输出端的电压为0，当单片机接收到该信号后，单片机工作在正向工作状态；当应急电源与设备电池反接时，外部电池检测电路的输出端产生一电压值，当单片机接收到该电压信号后，单片机工作在反向工作状态；单片机提供正确的逻辑驱动信号分别给予高端驱动电路和低端驱动电路，该正确的逻辑驱动信号可保证高端驱动电路输出端的可靠驱动和低端驱动电路输出端的可靠驱动；同时，当H桥驱动逻辑电路被逻辑驱动信号驱动后，由于会有相当大的电流流过，所以设置有限流保护电路进行限流保护，该限流保护电路是由单片机的PWM(脉冲宽度调制)控制实现；对H桥电流取样，得到的电流信号经过放大器放大，输出给单片机，并输出对应的PWM波形；如果单片机检测得到此时H桥电流低于额定电流时，PWM不工作，使该电流值全额输出；如果单片机检测得到此时H桥电流高于额定电流时，PWM通过控制占空比来控制H桥驱动逻辑电路中的MOSFET的栅极的导通时间，所述的占空比，是指单位周期内高电平占有的比例，若占空比越小，即单位时间内导通的平均电流越小，由此MOSFET所承载的电流就越小，这样就使得流过的电流达到了最大值，但又保持平均电流不变，起到保护MOSFET的作用；驱动逻辑电路输出端的驱动信号传送至自动反接电路，当该自动反接电路接收到的信号表明应急电源与设备电池是正接状态，表明驱动逻辑电路提供的是正向逻辑信号，自动反接电路中的由正向逻辑信号驱动的若干MOSFET被连接导通，并输出该信号至单片机；当该自动反接电路接收到的信号表明应急电源与设备电池是反接状态，表明驱动逻辑电路提供的是反向逻辑信号，自动反接电路中的由反向逻辑信号驱动的若干MOSFET被连接导通，并输出该信号至单片机；单片机接收到正确的逻辑信号后，启动充电控制及电池电量检测电路工作；充电控制及电池电量检测电路检测当前设备电池的电压值，并将其输入至单片机，再按下测试按钮就可以显示目前的设备电池的电压值，同时，根据预先对电压值的量化设定，相对应的会显示目前设备电池的电压值处于“高、中、低”中的哪一个状态；如果检测得到当前设备电池的电量不足时，蓄电池12对设备电池进行充电，提供辅助电流；在充电过程中，当显示设备电池的电压高于预先设置的充电电压门限时，将充电状态转换为浮充状态，即小电流充电状态，并且有相应的指示灯显示该信息。
本实用新型提供的应急电源的控制电路，还包含时间保护电路和过温保护电路；该时间保护电路是由单片机控制实现的，可根据实际情况在单片机内先设置一设定值，应急电源开始工作，单片机就开始计时，当应急电源的工作时间达到该设定值时，应急电源就自动停止工作，在休息一段时间后重新启动再开始工作；该过温保护电路采用负温度系数的电阻作为其热敏电阻，将检测得到的电压输入给单片机，单片机根据接收到的当前电压数值判断电路的温度，一旦发现该应急电源当前的温度高于正常值的时候，单片机立即使该应急电源停止工作，直到其温度恢复正常，再自动重新启动，开始工作。
本实用新型提供的应急电源，可自动判断其与设备电池的正负极性连接，无论当前的连接正确与否，即不论该应急电源与设备电池是正接还是反接，其都能提供正确的输出信号，使该应急电源能检测设备电池的当前电量，并在设备电池的当前电量不足时，对其进行充电，使设备正常工作。
本实用新型提供的应急电源，使用便捷，具有很强的可操作性，并且在该应急电源工作时，能时时监控电路的状态，有较强的自我保护能力。尤其适用于汽车行业，用于对汽车电池进行充电，而且在汽车启动时为汽车提供足够大的启动辅助电流，实现汽车的最终启动。
图1为本实用新型提供的应急电源自动反接的工作原理图；图2为本实用新型提供的应急电源的控制电路的电路框图；图3为本实用新型提供的应急电源的外部电池检测电路图；图4为本实用新型提供的应急电源的高端驱动电路图；图5为本实用新型提供的应急电源的低端驱动电路图；图6为本实用新型提供的应急电源的限流保护电路图；
图7为本实用新型提供的应急电源的充电控制及电池电量检测电路图；图8为本实用新型提供的应急电源的过温保护电路图。
具体实施方式
以下根据图1～图8，说明本实用新型的一个最佳实施方式。
如图1所示，为本实用新型提供的应急电源自动反接的工作原理图，其包含电路连接的控制电路和内部蓄电池12；如图2所示，为本实用新型提供的应急电源的控制电路的电路框图，该控制电路包含依次电路连接的外部电池检测电路101，驱动逻辑电路102，自动反接电路103，充电控制及电池电量检测电路104；所述的外部电池检测电路101，驱动逻辑电路102，自动反接电路103，充电控制及电池电量检测电路104分别还电路连接一单片机(未在图中示出)；所述的驱动逻辑电路102(H桥电路)，其包含高端驱动电路1021(如图4)和低端驱动电路1022(如图5)；所述的自动反接电路由若干MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)组成；包含由正向逻辑信号驱动的若干MOSFET和由反向逻辑信号驱动的若干MOSFET；所述的驱动逻辑电路102还包含限流保护电路1023(如图6)，其由单片机的PWM(脉冲宽度调制)控制实现；所述的控制电路还包含时间保护电路和过温保护电路105；所述的时间保护电路由单片机控制；所述的过温保护电路105与单片机连接。
本实用新型提供的应急电源的工作原理如下如图3所示，为本实用新型提供的应急电源的外部电池检测电路101电路图，该外部电池检测电路101对电池极性的连接进行判断；所述的外部电池检测电路101包含电路连接的二极管比较电路1011，偏置电压产生电路1012和导通压降产生电路1013；所述的二极管比较电路1011包含比较器U1A和U1B和二极管D1和D2；比较器U1A的输出端和二极管D1的阳极连接，以比较外部电池检测电路101的输入端A点的电压信号，确定二极管D1导通与否；比较器U1B的输出端和二极管D2的阳极连接；以比较外部电池检测电路101的输入端B点的电压信号，确定二极管D2导通与否；所述的偏置电压产生电路1012包含三极管A1，在偏置电压产生电路1012的输出端D点产生偏置电压；所述的导通压降产生电路1013根据二极管比较电路1011的信号产生导通压降；当应急电源与汽车电池正接时，即A点接正极，B点接负极，此时二极管D1导通，二极管D2截至，于是在C点得到值为零导通压降，同时由于三极管A1导通，故在D点上会产生一偏置电压，该偏置电压传送给单片机，当单片机接收到该偏置电压信号后，接收C点的导通压降零，判断出此时应急电源与汽车电池正接，该单片机于是工作在正向工作状态；当该应急电源与汽车电池反接时，即A点接负极，B点接正极，此时二极管D2导通，二极管D1截止，于是在C点可得到一电压值为+5V，同时在D点产生一偏置电压，该偏置电压传送给单片机，当单片机接收到该偏置电压信号后，接收C点的导通压降+5V，判断出此时应急电源与汽车电池反接，该单片机于是工作在正向工作状态。而且当A、B两点不连接外部电池时，该电路不工作，所以如果不小心直接将A、B两点短接也不会造成电路损坏，可避免该电路的输出端短路。
单片机提供正确的逻辑驱动信号分别给予高端驱动电路和低端驱动电路，该正确的逻辑驱动信号可保证高端驱动电路输出端的可靠驱动和低端驱动电路输出端的可靠驱动；如图4所示，为本实用新型提供的应急电源的高端驱动电路1021的电路图，所述的高端驱动电路1021包含高端电源激活电路10211，正向驱动三极管电路10212和反向驱动三极管电路10213；所述的高端电源激活电路10211包含一高端驱动芯片U2，+12V的电源激活高端驱动芯片U2工作，输出脉冲驱动，导通电路；当外部电池检测电路101输出正向逻辑信号至单片机时，由所述的正向驱动三极管电路10212从单片机接收该正向逻辑信号，驱动三极管A2，在高端开关管Q1上产生25V左右的电压，最终使高端栅极电压压差为12V左右，驱动高端开关管Q1；当外部电池检测电路101输出反向逻辑信号至单片机时，由所述的反向驱动三极管电路10213从单片机接收该反向逻辑信号，驱动三极管A3，在高端开关管Q2上产生25V左右的电压，最终使高端栅极电压压差为12V左右，驱动高端开关管Q2。
如图5所示，为本实用新型提供的应急电源的低端驱动电路1022的电路图，所述的低端驱动电路1022包含低端电源激活电路10221，正向驱动三极管电路10222和反向驱动三极管电路10223；所述的低端电源激活电路10221中，+12V电源激活电路导通；当外部电池检测电路101输出正向逻辑信号至单片机时，由所述的正向驱动三极管电路10222从单片机接收正向逻辑信号，驱动三极管A4，在低端开关管Q4上产生25V左右的电压，最终使低端栅极电压压差为12V左右，驱动高端开关管Q4；当外部电池检测电路101输出反向逻辑信号至单片机时，由所述的反向驱动三极管电路10223从单片机接收反向逻辑信号，驱动三极管A5，在高端开关管Q3上产生25V左右的电压，最终使低端栅极电压压差为12V左右，驱动高端开关管Q3。
同时，当H桥驱动逻辑电路被逻辑驱动信号驱动后，由于会有相当大的电流流过，所以设置有限流保护电路进行限流保护，该限流保护电路1023是由单片机的PWM(脉冲宽度调制)控制实现；如图6所示，为本实用新型提供的应急电源的限流保护电路1023的电路图，对H桥电流进行取样，得到的电流信号经过两极放大器放大，输出给单片机，并输出对应的PWM波形；如果单片机检测得到此时H桥电流低于额定电流时，PWM不工作，使该电流值全额输出；如果单片机检测得到此时H桥电流高于额定电流时，PWM通过控制占空比来控制H桥驱动逻辑电路中的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的栅极的导通时间，所述的占空比，是指单位周期内高电平占有的比例，若占空比越小，即单位时间内导通的平均电流越小，由此MOSFET所承载的电流就越小，这样就使得流过的电流达到了最大值，但又保持平均电流不变，起到保护H桥驱动逻辑电路中的MOSFET的作用；H桥驱动逻辑电路102输出端(图4中的Q1、Q2，图5中的Q3、Q4)输出的驱动信号传送至自动反接电路103，如图1所示，当该自动反接电路103接收到的信号表明应急电源与设备电池是正接状态，表明驱动逻辑电路102提供的是正向逻辑信号，自动反接电路103中的由正向逻辑信号驱动的MOSFET M1和MOSFET M4连接导通，并输出该信号至单片机；当该自动反接电路103接收到的信号表明应急电源与设备电池是反接状态，表明驱动逻辑电路102提供的是反向逻辑信号，自动反接电路103中的由反向逻辑信号驱动的MOSFET M2和MOSFET M3连接导通，并输出该信号至单片机；
单片机接收到正确的逻辑信号后，启动充电控制及电池电量检测电路104工作；如图7所示，充电控制及电池电量检测电路104检测当前汽车电池的电压值，并将其输入至单片机，再按下测试按钮就可以显示目前的汽车电池的电压值，同时，根据预先对电压值的量化设定，相对应的会显示目前汽车电池的电压值处于“高、中、低”中的哪一个状态；如果检测得到当前汽车电池的电量不足时，蓄电池12对汽车电池进行充电，提供辅助电流；在充电过程中，当显示汽车电池的电压高于预先设置的充电电压门限时，将充电状态转换为浮充状态，即为小电流充电状态(一般为几毫安)，并且有相应的指示灯显示该信息。
本实用新型提供的应急电源的控制电路，还包含时间保护电路和过温保护电路；该时间保护电路是由单片机控制实现的，可根据实际情况在单片机内先设置一设定值，应急电源开始工作，单片机就开始计时，当应急电源的工作时间达到该设定值时，应急电源就自动停止工作，在休息一段时间后重新启动再开始工作；如图8所示，为过温保护电路105的电路图，该过温保护电路采用负温度系数的电阻作为其热敏电阻，AD1，AD2检测得到的电压输入给单片机，单片机根据接收到的当前电压数值判断电路的温度，一旦发现该应急电源当前的温度高于正常值的时候，单片机立即使该应急电源停止工作，直到其温度恢复正常，再自动重新启动，开始工作。
本实用新型提供的应急电源，可自动判断其与汽车电池的正负极性连接，无论当前的连接正确与否，即不论该应急电源与汽车电池是正接还是反接，其都能提供正确的输出信号，使该应急电源能检测汽车电池的当前电量，并在汽车电池的当前电量不足时，对其进行充电，在汽车启动时为汽车提供足够大的启动辅助电流，实现汽车的最终启动。
本实用新型提供的应急电源，使用便捷，具有很强的可操作性，并且在该应急电源工作时，能时时监控电路的状态，有较强的自我保护能力。
权利要求1.一种应急电源，其包含控制电路和蓄电池(12)；特征在于，所述的控制电路和蓄电池(12)电路连接；所述的控制电路包含依次电路连接的外部电池检测电路(101)，驱动逻辑电路(102)，自动反接电路(103)，充电控制及电池电量检测电路(104)；该外部电池检测电路(101)，驱动逻辑电路(102)，自动反接电路(103)，充电控制及电池电量检测电路(104)分别电路连接单片机。
2.如权利要求1所述的应急电源，其特征在于，所述的外部电池检测电路(101)包含电路连接的二极管比较电路(1011)，偏置电压产生电路(1012)和导通压降产生电路(1013)；所述的二极管比较电路(1011)包含比较器(U1A和U1B)和二极管(D1和D2)；比较器(U1A)的输出端和二极管(D1)的阳极连接，以比较外部电池检测电路(101)的输入端A点的电压信号，确定二极管(D1)导通与否；比较器(U1B)的输出端和二极管(D2)的阳极连接；以比较外部电池检测电路(101)的输入端B点的电压信号，确定二极管(D2)导通与否；所述的偏置电压产生电路(1012)包含三极管(A1)，在偏置电压产生电路(1012)的输出端D点产生偏置电压，并将该电压信号传送至单片机，驱动单片机工作；所述的导通压降产生电路(1013)根据二极管比较电路(1011)的信号产生导通压降并将该导通压降传送至单片机，提供应急电源与设备电池极性连接的逻辑信号。
3.如权利要求1所述的应急电源，其特征在于，所述的驱动逻辑电路(102)包含高端驱动电路(1021)和低端驱动电路(1022)，传送驱动信号至自动反接电路(103)。
4.如权利要求3所述的应急电源，其特征在于，所述的高端驱动电路(1021)包含高端电源激活电路(10211)，正向驱动三极管电路(10212)和反向驱动三极管电路(10213)；所述的高端电源激活电路(10211)包含一高端驱动芯片(U2)，电源激活高端驱动芯片(U2)工作，输出脉冲驱动，导通电路；所述的正向驱动三极管电路(10212)接收单片机正向逻辑信号，驱动三极管(A2)，在高端开关管(Q1)上产生电压值，驱动高端开关管(Q1)；所述的反向驱动三极管电路(10213)接收单片机反向逻辑信号，驱动三极管(A3)，在高端开关管(Q2)上产生电压值，驱动高端开关管(Q2)。
5.如权利要求3所述的应急电源，其特征在于，所述的低端驱动电路(1022)包含低端电源激活电路(10221)，正向驱动三极管电路(10222)和反向驱动三极管电路(10223)；所述的低端电源激活电路(10221)，电源激活电路导通；所述的正向驱动三极管电路(10222)接收单片机正向逻辑信号，驱动三极管(A4)，在低端开关管(Q4)上产生电压值，驱动高端开关管(Q4)；所述的反向驱动三极管电路(10223)接收单片机反向逻辑信号，驱动三极管(A5)，在高端开关管(Q3)上产生电压值，驱动高端开关管(Q3)。
6.如权利要求3所述的应急电源，其特征在于，所述的驱动逻辑电路(102)还包含限流保护电路(1023)，其由单片机的脉冲宽度调制控制实现。
7.如权利要求1所述的应急电源，其特征在于，所述的自动反接电路(103)由正向逻辑信号驱动的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和由反向逻辑信号驱动的若干MOSFET组成；所述的正向逻辑信号驱动的MOSFET(M1)和MOSFET(M4)接受驱动逻辑电路(102)的正向逻辑信号，并连接电路工作；所述的反向逻辑信号驱动的MOSFET(M2)和MOSFET(M3)接受驱动逻辑电路(102)的反向逻辑信号，并连接电路工作。
8.如权利要求1所述的应急电源，其特征在于，所述的充电控制及电池电量检测电路(104)检测得到当前设备电池的电压值，并当该设备电池的电量不足时，对其充电。
9.如权利要求1所述的应急电源，其特征在于，所述的控制电路还包含时间保护电路，由单片机控制实现，保证应急电源的工作的时间不超负荷。
10.如权利要求1所述的应急电源，其特征在于，所述的控制电路还包含过温保护电路(105)，由单片机控制实现，保证应急电源的工作温度处于正常状态。
专利摘要本实用新型涉及一种应急电源，其包含电路连接的控制电路和一蓄电池；该控制电路包含依次电路连接的外部电池检测电路，驱动逻辑电路，自动反接电路，充电控制及电池电量检测电路；该外部电池检测电路，驱动逻辑电路，自动反接电路，充电控制及电池电量检测电路分别连接单片机。本实用新型提供的应急电源，可自动判断其与设备电池的正负极性连接，提供正确的输出信号，使该应急电源能检测设备电池的当前电量，并在设备电池的当前电量不足时，对其进行充电；使用便捷，具有很强的可操作性，并且能时时监控电路的状态，有较强的自我保护能力。
文档编号H02J7/00GK2770192SQ20042011449
公开日2006年4月5日 申请日期2004年12月20日 优先权日2004年12月20日
发明者范晔平, 吴坤志, 刘锋 申请人:上海广为电器工具厂