电池充电保护电路及充电装置制造方法
【专利摘要】一种电池充电保护电路及充电装置，包括第一、第二比较器，第一、第二、第三N型场效应管、检流电阻；第一比较器的正负极输入端分别与待充电池正极、第一基准电压源电路连接，输出端和第一N型场效应管的栅极连接；第一N型场效应管的漏极与充电场效应管控制电路连接；第二比较器的正负极输入端分别与第二基准电压源电路、检流电阻的第一端连接，输出端与第二N型场效应管的栅极连接；第二N型场效应管漏极与充电场效应管控制电路连接；第三N型场效应管的栅极与充电场效应管控制电路连接、源极与充电器的负极输出端连接、漏极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端与待充电池负极连接。本方案使电池能够真正达到满充容量。
【专利说明】电池充电保护电路及充电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及终端电源管理【技术领域】，特别是涉及一种电池充电保护电路及充电装置。
【背景技术】
[0002]目前普遍采用充电控制装置对手机等终端设备进行充电，比如，采用恒流恒压充电方式对锂电池进行快速充电，保证锂电池包能够完全充满。
[0003]但在电池应用过程中，为缩短充电时间，越来越多的电池包采用快充充电器对电池包进行充电。但快充充电器只有恒流充电，会导致在充电末段，电池电压攀升很快，达到过充保护电压点后，触发过充保护，电池包电量将无法充满。
实用新型内容
[0004]基于此，有必要针对电池无法充满的问题，提供一种电池充电保护电路及充电装置。
[0005]一种电池充电保护电路，包括:第一比较器、第二比较器、第一 N型场效应管、第二N型场效应管、第三N型场效应管、检流电阻；
[0006]所述第一比较器的正极输入端与待充电池正极连接，第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路连接，第一比较器的输出端和第一 N型场效应管的栅极连接，第一 N型场效应管的源极接地，第一 N型场效应管的漏极与充电场效应管控制电路输出端连接；
[0007]所述第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路连接，第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端连接，第二比较器的输出端与第二 N型场效应管的栅极连接，第二 N型场效应管的源极接地，第二 N型场效应管的漏极与充电场效应管控制电路输出端连接;
[0008]所述第三N型场效应管的栅极与充电场效应管控制电路输出端连接，第三N型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，第三N型场效应管的漏极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端与待充电池负极连接。
[0009]上述电池充电保护电路，通过上述连接方式，实现利用第一 N型场效应管和第二N型场效应管控制第三N型场效应管的导通程度和关断，从而控制充电器给待充电池提供的电流。当充电前期和中期时，第一 N型场效应管关断，第二 N型场效应管关断，第三N型场效应管完全导通，从而实现充电器对待充电池完全充电，当充电后期时，第一 N型场效应管和第三N型场效应管配合控制待充电池正极电压与第一基准电压源电路输出的电压相等，第三N型场效应管处于半导通状态，从而实现充电器对待充电池小电流充电，当电流持续减小到一定程度时，检流电阻第一端的电压小于第二基准电压源电路输出的电压，第二 N型场效应管导通，从而使第三N型场效应管关断，充电器停止给待充电池充电。从而可以实现前期和中期快速充电，末期恒压小电流充电，不仅保护了待充电池，还可以使电池完全充满。
[0010]一种充电装置，包括上述任意一项所述的电池充电保护电路和充电器，其中，所述电池充电保护电路的第三N型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，电池充电保护电路的第一比较器的正极输入端与待充电池正极端连接，电池充电保护电路的检流电阻的第二端与待充电池负极连接，充电器的正极输出端与待充电池正极端连接。
[0011]上述充电装置，由于包括电池充电保护电路，可以实现前期和中期对电池快速充电，末期对电池恒压小电流充电，这种充电装置不仅保护了待充电池，还可以使电池完全充满。
[0012]一种电池充电保护电路，包括:第一比较器、第二比较器、第一 P型场效应管、第二P型场效应管、N型场效应管、检流电阻；
[0013]第一比较器的正极输入端与待充电池正极连接，第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路连接，第一比较器的输出端和第一 P型场效应管的栅极连接，第一 P型场效应管的源极与充电场效应管控制电路输出端连接，第一 P型场效应管的漏极与第二 P型场效应管的源极连接；
[0014]第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路连接，第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端连接，第二比较器的输出端与第二 P型场效应管的栅极连接，第二 P型场效应管的漏极与N型场效应管的栅极连接；
[0015]N型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，N型场效应管的漏极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端与待充电池负极连接。
[0016]上述电池充电保护电路，通过上述连接方式，实现利用第一 P型场效应管和第二P型场效应管控制N型场效应管的导通状态和关断，从而控制充电器给待充电池提供的电流。当充电前期和中期时，第一 P型场效应管导通，第二 P型场效应管导通，N型场效应管完全导通，从而实现充电器对待充电池完全充电，在充电末段，第一 P型场效应管和N型场效应管配合控制待充电池正极电压与第一基准电压源电路输出的电压相等，N型场效应管处于半导通状态，从而实现充电器对待充电池小电流充电。当检流电阻第一端的电压低于第二基准电压源电路输出电压时，比较器会直接控制第二 P型场效应管关断，将N型场效应管的G端电压拉低至0V，关断充电电流。从而可以实现前期和中期快速充电，末期恒压小电流充电，不仅保护了待充电池，还可以使电池完全充满。
[0017]一种充电装置，包括上述任意一项所述的电池充电保护电路和充电器，其中，电池充电保护电路的N型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，电池充电保护电路的第一比较器的正极输入端与待充电池正极端连接，电池充电保护电路的检流电阻的第二端与待充电池负极连接，充电器的正极输出端与待充电池正极端连接。
[0018]上述充电装置，由于包括电池充电保护电路，可以实现前期和中期对电池快速充电，末期对电池恒压小电流充电，这种充电装置不仅保护了待充电池，还可以使电池完全充满。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型电池充电保护电路实施例一的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型电池充电保护电路实施例二的结构示意图；
[0021]图3为本实用新型电池充电保护电路实施例三的结构示意图；
[0022]图4为本实用新型充电装置实施例的结构示意图；
[0023]图5为本实用新型电池充电保护电路实施例四的结构示意图；
[0024]图6为本实用新型电池充电保护电路实施例五的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0026]如图1所示，为本实用新型电池充电保护电路实施例一的结构示意图，包括:第一比较器Ul、第二比较器U2、第一 N型场效应管Ql、第二 N型场效应管Q2、第三N型场效应管Q3、检流电阻RL ；
[0027]所述第一比较器Ul的正极输入端与待充电池正极(B+)连接，第一比较器Ul的负极输入端与第一基准电压源电路(Vref)连接，第一比较器Ul的输出端和第一 N型场效应管Ql的栅极连接，第一 N型场效应管Ql的源极接地，第一 N型场效应管Ql的漏极与充电场效应管控制电路输出端(CO)连接；
[0028]所述第二比较器U2的正极输入端与第二基准电压源电路连接，第二比较器U2的负极输入端与检流电阻RL的第一端连接，第二比较器U2的输出端与第二 N型场效应管Q2的栅极连接，第二 N型场效应管Q2的源极接地，第二 N型场效应管Q2的漏极与充电场效应管控制电路输出端(CO)连接；
[0029]所述第三N型场效应管Q3的栅极与充电场效应管控制电路输出端连接，第三N型场效应管Q3的源极与充电器的负极输出端连接，第三N型场效应管的漏极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端与待充电池负极连接。
[0030]比较器Ul，实时监测待充电池的电池包总电压，并与第一基准电压源电路提供的Vref电压进行比较。充电前段和中段，两者电压差非常大，电池正端电压小于Vref电压，比较器Ul输出低电压，第一 N型场效应管Ql关断(可以理解为不导通)，充电场效应管控制电路输出的CO信号直接驱动第三N型场效应管Q3 (也可称为充电主控MOS)。第三N型场效应管Q3导通，直接控制充电器对电池进行完全充电。在充电末段，电池正端电压大于Vref电压时，Ul输出电压会根据压差的大小，实时调整输出电压，从而控制第一 N型场效应管Ql导通内阻，调整第三N型场效应管的Vgs和Vds。
[0031]第一 N型场效应管Ql导通时，CO输出的电流源电流会流过第一 N型场效应管Ql，第一 N型场效应管Ql的Vds电压决定了第三N型场效应管Q3的Vgs电压，改变第三N型场效应管Q3的导通内阻，从而实现在充电末段电池包进行小电流充电。
[0032]比较器U2会实时监测充电电流，并与第二基准电压源电路提供的Cref电压进行比较，当检流电阻第一端的电压Vcs电压低于Cref电压时，比较器U2会直接控制第二 N型场效应管Q2导通，将第三N型场效应管Q3的G端电压拉低至0V，关断充电电流。
[0033]其中，检流电阻又可以称为采样电阻，充电场效应管控制电路是用来对充电场效应管进行通断控制的电路，可以输出CO信号。第一比较器和第二比较器可以是运算放大器。第一 N型场效应管Ql，第二 N型场效应管Q2，第三N型场效应管Q3可以是N沟道增强型MOS场效应管。充电器的正极输出端直接连接待充电池的正极输入端。
[0034]本实施例电路通过检测电池包总电压以及实时充电电流，保证在使用快充充电器给电池包充电时，能够将电池包完全充满。
[0035]在其中一个实施例中，为了电压匹配，如图2所示，为本实用新型电池充电保护电路实施例二的结构示意图，还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8 ;
[0036]所述第一电阻Rl设于第一比较器的正极输入端与待充电池正极之间，所述第二电阻R2设于第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路之间，第三电阻R3 —端接第一比较器的正极输入端，另一端接地，第四电阻R4—端接第一比较器的负极输入端，另一端接地；
[0037]所述五电阻R5设于第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路之间，所述第六电阻R6设于第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端之间，第七电阻R7 —端接第二比较器的正极输入端，另一端接地，第八电阻R8—端接第二比较器的负极输入端，另一端接地。
[0038]其中，为了绘图方便，将待充电池正极端用其信号B+表示，将待充电池负极端用其信号B-表示，第一基准电压源电路用其输出的Vref电压表示，第二基准电压源电路用其输出的Cref电压表示，充电器输出端用P-表示，充电场效应管控制电路用其输出的CO信号表不。
[0039]在其中一个实施例中，所述第一基准电压源电路提供的电压大于所述第二基准电压源电路提供的电压。比如，第一基准电压源电路提供的电压以伏为单位，可以是Iv到2V，而第二基准电压源电路提供的电压是以毫伏为单位，小于第一基准电压源电路提供的电压。
[0040]如图3所示，为本实用新型电池充电保护电路实施例三的结构示意图。还包括电流源I，所述电流源设于充电场效应管控制电路输出端与第一 N型场效应管的漏极、第二 N型场效应管的漏极、第三N型场效应管的栅极之间，第一 N型场效应管的漏极、第二 N型场效应管的漏极、第三N型场效应管的栅极分别通过所述电流源与充电场效应管控制电路输出端连接。
[0041]进一步，第一比较器、第二比较器、第一 N型场效应管、第二 N型场效应管、电流源可以作为内部设备，第三N型场效应管、检流电阻作为外围设备。
[0042]本实施例能应用在各种电池管理系统的充电过程中，通过实现证明，本实施例在电池包使用快充充电器时，能够保证电池包电量能够完全充满，并且能在过充保护发生时，能安全可靠的关断充电MOS，保证电池包安全。
[0043]以上实施方式中的各种技术特征可以任意进行组合，只要特征之间的组合不存在冲突或矛盾，但是限于篇幅，未进行一一描述，因此上述实施方式中的各种技术特征的任意进行组合也属于本说明书公开的范围。
[0044]基于上述公开的各电池充电保护电路，本实用新型还提供一种充电装置，如图4所示，为本实用新型充电装置实施例的结构示意图，包括上述任意一项所述的电池充电保护电路410和充电器420，其中，所述电池充电保护电路的第三N型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，电池充电保护电路的第一比较器的正极输入端与待充电池正极端连接，电池充电保护电路的检流电阻的第二端与待充电池负极连接，充电器的正极输出端与待充电池正极端连接。
[0045]本实用新型还提供一种电池充电保护电路，如图5所示，为本实用新型电池充电保护电路实施例四的结构示意图。包括:第一比较器U1、第二比较器U2、第一 P型场效应管Ql、第二 P型场效应管Q2、N型场效应管Ml、检流电阻RL ；
[0046]第一比较器Ul的正极输入端与待充电池正极连接，第一比较器Ul的负极输入端与第一基准电压源电路连接，第一比较器Ul的输出端和第一 P型场效应管Ql的栅极连接，第一 P型场效应管Ql的源极与充电场效应管控制电路输出端连接，第一 P型场效应管Ql的漏极与第二 P型场效应管Q2的源极连接；
[0047]第二比较器U2的正极输入端与第二基准电压源电路连接，第二比较器U2的负极输入端与检流电阻RL的第一端连接，第二比较器U2的输出端与第二 P型场效应管Q2的栅极连接，第二 P型场效应管Q2的漏极与N型场效应管Ml的栅极连接；
[0048]N型场效应管Ml的源极与充电器的负极输出端连接，N型场效应管Ml的漏极与检流电阻RL的第一端连接，检流电阻RL的第二端与待充电池负极连接。
[0049]比较器Ul实时监测待充电池的电池包总电压，并与第一基准电压源电路提供的Vref电压进行比较。充电前段和中段，两者电压差非常大，电池正端电压小于Vref电压，比较器Ul输出低电压，第一 P型场效应管Ql导通；比较器U2会实时监测充电电流，检流电阻第一端的电压大于第二基准电压源电路输出的Cref电压，第二 P型场效应管Q2导通，充电场效应管控制电路输出的CO信号直接驱动N型场效应管Ml (也可称为充电主控MOS)。N型场效应管Ml导通，直接控制充电器对电池进行完全充电。
[0050]在充电末段，检流电阻第一端的电压大于Cref电压，且电池正端电压大于等于Vref电压时，比较器Ul的输出控制第一 P型场效应管Vgs电压，从而控制N型场效应管的Vgs和Vds电压，通过比较器U1、第一 P型场效应管和N型场效应管的相互配合，从而实现在充电末段电池包进行小电流充电。
[0051]当检流电阻第一端的电压低于Cref电压时，比较器U2会直接控制第二 P型场效应管Q2关断，将N型场效应管Ml的G端电压拉低至0V，关断充电电流。
[0052]其中，检流电阻又可以称为采样电阻，充电场效应管控制电路是用来对充电场效应管进行通断控制的电路，可以输出CO信号。第一比较器和第二比较器可以是运算放大器。第一 N型场效应管Ql，第二 N型场效应管Q2，第三N型场效应管Q3可以是N沟道增强型MOS场效应管。充电器的正极输出端直接连接待充电池的正极输入端。
[0053]本实施例能应用在各种电池管理系统的充电过程中，通过实现证明，本实施例在电池包使用快充充电器时，能够保证电池包电量能够完全充满，并且能在过充保护发生时，能安全可靠的关断充电M0S，保证电池包安全。
[0054]在其中一个实施例中，为了电压匹配，如图6所示，为本实用新型电池充电保护电路实施例五的结构示意图，还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8 ;
[0055]所述第一电阻设于第一比较器的正极输入端与待充电池正极之间，所述第二电阻设于第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路之间，第三电阻一端接第一比较器的正极输入端，另一端接地，第四电阻一端接第一比较器的负极输入端，另一端接地；
[0056]所述五电阻设于第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路之间，所述第六电阻设于第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端之间，第七电阻一端接第二比较器的正极输入端，另一端接地，第八电阻一端接第二比较器的负极输入端，另一端接地。
[0057]在其中一个实施例中，所述第一基准电压源电路提供的电压大于所述第二基准电压源电路提供的电压。
[0058]在其中一个实施例中，还包括电流源，所述电流源设于充电场效应管控制电路输出端与第一 P型场效应管的源极之间。
[0059]以上实施方式中的各种技术特征可以任意进行组合，只要特征之间的组合不存在冲突或矛盾，但是限于篇幅，未进行一一描述，因此上述实施方式中的各种技术特征的任意进行组合也属于本说明书公开的范围。
[0060]一种充电装置，包括上述任意一项所述的电池充电保护电路和充电器，电池充电保护电路的N型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，电池充电保护电路的第一比较器的正极输入端与待充电池正极端连接，电池充电保护电路的检流电阻的第二端与待充电池负极连接，充电器的正极输出端与待充电池正极端连接。
[0061]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种电池充电保护电路，其特征在于，包括:第一比较器、第二比较器、第一 ~型场效应管、第二 ~型场效应管、第三~型场效应管、检流电阻； 所述第一比较器的正极输入端与待充电池正极连接，第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路连接，第一比较器的输出端和第一 ~型场效应管的栅极连接，第一 ~型场效应管的源极接地，第一 ~型场效应管的漏极与充电场效应管控制电路输出端连接； 所述第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路连接，第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端连接，第二比较器的输出端与第二 ~型场效应管的栅极连接，第二 ~型场效应管的源极接地，第二 ~型场效应管的漏极与充电场效应管控制电路输出端连接； 所述第三~型场效应管的栅极与充电场效应管控制电路输出端连接，第三~型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，第三~型场效应管的漏极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端与待充电池负极连接。
2.根据权利要求1所述的电池充电保护电路，其特征在于，还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻； 所述第一电阻设于第一比较器的正极输入端与待充电池正极之间，所述第二电阻设于第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路之间，第三电阻一端接第一比较器的正极输入端，另一端接地，第四电阻一端接第一比较器的负极输入端，另一端接地； 所述五电阻设于第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路之间，所述第六电阻设于第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端之间，第七电阻一端接第二比较器的正极输入端，另一端接地，第八电阻一端接第二比较器的负极输入端，另一端接地。
3.根据权利要求1或2所述的电池充电保护电路，其特征在于，所述第一基准电压源电路提供的电压大于所述第二基准电压源电路提供的电压。
4.根据权利要求1或2所述的电池充电保护电路，其特征在于，还包括电流源，所述电流源设于充电场效应管控制电路输出端与第一 ~型场效应管的漏极、第二 ~型场效应管的漏极、第三~型场效应管的栅极之间，第一 ~型场效应管的漏极、第二 ~型场效应管的漏极、第三~型场效应管的栅极分别通过所述电流源与充电场效应管控制电路输出端连接。
5.一种充电装置，其特征在于，包括权利要求1至4任意一项所述的电池充电保护电路和充电器，其中，所述电池充电保护电路的第三~型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，电池充电保护电路的第一比较器的正极输入端与待充电池正极端连接，电池充电保护电路的检流电阻的第二端与待充电池负极连接，充电器的正极输出端与待充电池正极端连接。
6.一种电池充电保护电路，其特征在于，包括:第一比较器、第二比较器、第一？型场效应管、第二？型场效应管、^型场效应管、检流电阻； 第一比较器的正极输入端与待充电池正极连接，第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路连接，第一比较器的输出端和第一？型场效应管的栅极连接，第一？型场效应管的源极与充电场效应管控制电路输出端连接，第一 ？型场效应管的漏极与第二 ？型场效应管的源极连接； 第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路连接，第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端连接，第二比较器的输出端与第二？型场效应管的栅极连接，第二？型场效应管的漏极与~型场效应管的栅极连接； ^型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，^型场效应管的漏极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端与待充电池负极连接。
7.根据权利要求6所述的电池充电保护电路，其特征在于，还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻； 所述第一电阻设于第一比较器的正极输入端与待充电池正极之间，所述第二电阻设于第一比较器的负极输入端与第一基准电压源电路之间，第三电阻一端接第一比较器的正极输入端，另一端接地，第四电阻一端接第一比较器的负极输入端，另一端接地； 所述五电阻设于第二比较器的正极输入端与第二基准电压源电路之间，所述第六电阻设于第二比较器的负极输入端与检流电阻的第一端之间，第七电阻一端接第二比较器的正极输入端，另一端接地，第八电阻一端接第二比较器的负极输入端，另一端接地。
8.根据权利要求6或7所述的电池充电保护电路，其特征在于，所述第一基准电压源电路提供的电压大于所述第二基准电压源电路提供的电压。
9.根据权利要求6或7所述的电池充电保护电路，其特征在于，还包括电流源，所述电流源设于充电场效应管控制电路输出端与第一 ？型场效应管的源极之间。
10.一种充电装置，其特征在于，包括权利要求6至9任意一项所述的电池充电保护电路和充电器，其中，电池充电保护电路的~型场效应管的源极与充电器的负极输出端连接，电池充电保护电路的第一比较器的正极输入端与待充电池正极端连接，电池充电保护电路的检流电阻的第二端与待充电池负极连接，充电器的正极输出端与待充电池正极端连接。
【文档编号】H02H7/18GK204216575SQ201420698332
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】赵伟, 郑晓光, 肖勇, 林国营, 张永旺, 黄海东, 张喜平 申请人:广东电网有限责任公司电力科学研究院, 东莞赛微微电子有限公司