一种保护电路、储能设备和电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及储能技术领域，尤其涉及一种保护电路、储能设备和电子设备。


背景技术：

2.储能电池作为储能元件，在电力系统、交通运输、便携式电子产品等工业领域得到了广泛应用。然而在对储能电池充电的充电电路中，如果出现电池反接的情况将会导致电池或设备元件损坏，甚至烧毁整个电路引起火灾。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种保护电路、储能设备和电子设备。
4.本实用新型提供如下技术方案：
5.本实用新型提出一种保护电路，所述保护电路包括控制电路、第一开关电路、第二开关电路、防反电路和电容储能电路；
6.所述控制电路的输出端分别与第一开关电路的第一端和所述第二开关电路的控制端连接；
7.所述第一开关电路的控制端分别连接所述防反电路的输入端和所述电容储能电路的一端，所述第一开关电路的第二端分别连接所述电容储能电路的另一端和所述第二开关电路的第一端；
8.所述防反电路的输出端作为所述保护电路的第一保护端，用于连接供电电源的正极和储能电池的正极；
9.所述电容储能电路的另一端作为所述保护电路的第二保护端，用于连接所述供电电源的负极；
10.所述第二开关电路的第二端作为所述保护电路的第三保护端，用于连接所述储能电池的负极。
11.本实用新型所述的保护电路，所述第二开关电路包括nmos管和igbt中的一种。
12.本实用新型所述的保护电路，在所述第二开关电路为nmos管时，所述nmos管的栅极作为所述第二开关电路的控制端，所述nmos管的源极作为所述第二开关电路的第一端，所述nmos管的漏极作为所述第二开关电路的第二端。
13.本实用新型所述的保护电路，所述第一开关电路为pnp型三极管，所述pnp型三极管的基极作为所述第一开关电路的控制端，所述pnp型三极管的发射极作为所述第一开关电路的第一端，所述pnp型三极管的集电极作为所述第一开关电路的第二端。
14.本实用新型所述的保护电路，所述防反电路包括至少一个二极管，所述二极管的阳极作为所述防反电路的输入端，所述二极管的阴极作为所述防反电路的输出端。
15.本实用新型所述的保护电路，所述控制电路包括控制单元和驱动单元，所述驱动单元将所述控制单元输出的驱动信号转换成驱动电压。
16.本实用新型所述的保护电路，还包括短路检测单元，用于检测所述第二开关电路所在的回路是否短路，并将检测结果发送至所述控制单元；所述控制单元在接收到回路短路的检测结果时，控制所述驱动单元输出关断信号以控制所述第二开关电路处于关断状态。
17.本实用新型所述的保护电路，短路检测单元包括输出电压采样单元和光耦导通检测单元中的一种。
18.本实用新型提出一种储能设备，包括储能电池和本实用新型所述的保护电路。
19.本实用新型提出一种电子设备，包括：
20.设备本体，所述设备本体包括储能电池；和
21.本实用新型所述的保护电路。
22.本实施例提出的保护电路，利用防反电路、电容储能电路、第一开关电路和第二开关电路与控制电路配合使用，实现在对储能电池进行充电时，若储能电池反接，可以快速断开第二开关电路，以使充电回路快速断开。本实施例提供的保护电路的保护速度更快、保护电路更为简单、易于实现。
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1示出了本实用新型实施例提出的一种保护电路的电路结构示意图；
26.图2示出了本实用新型实施例提出的一种利用nmos管作为第二开关电路的保护电路的电路结构示意图；
27.图3示出了本实用新型实施例提出的一种igbt结构示意图；
28.图4示出了本实用新型实施例提出的另一种保护电路的电路结构示意图；
29.图5示出了本实用新型实施例提出的一种储能设备的电路结构示意图。
30.主要元件符号说明：
31.10
‑
保护电路；20
‑
供电电源；30
‑
储能电池；11
‑
控制电路；12
‑
第一开关电路；13
‑
第二开关电路；14
‑
防反电路；15
‑
电容储能电路。
具体实施方式
32.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
37.现有的四种电池反接保护技术具有以下缺陷：
38.1.使用光耦采样并驱动保护mos管对电池进行反接保护，主要缺点是普通光耦速度比较慢，快速光耦价格比较高；2.使用pmos加驱动电路对电池进行反接保护，主要缺点是pmos的电流能力相对nmos差，选型困难；3.使用电压采样和比较电路对电池进行反接保护，电路相对复杂，元器件比较多；4.使用nmos加电阻驱动对电池进行反接保护，考虑驱动电阻的功耗，一般驱动电阻的阻值比较大，因此，保护关断时的速度比较慢。
39.考虑到现有的四种电池反接保护技术具有上述缺陷，本实用新型提出一种保护电路，利用防反电路、电容储能电路、第一开关电路和第二开关电路与控制电路配合使用，实现在对储能电池进行充电时，若储能电池反接，可以快速断开第二开关电路，以使充电回路快速断开。与现有的上述四种电池反接保护技术相比，本实用新型提供的保护电路的保护速度更快、保护电路更为简单、易于实现。
40.实施例1
41.本实施例，参见图1，示出了一种实现电池反接保护的保护电路10，所述保护电路10包括控制电路11、防反电路14、电容储能电路15、第一开关电路12和第二开关电路13。
42.所述控制电路11的输出端分别与第一开关电路12的第一端和所述第二开关电路13的控制端连接；所述第一开关电路12的控制端分别连接所述防反电路14的输入端和所述电容储能电路15的一端，所述第一开关电路12的第二端分别连接所述电容储能电路15的另一端和所述第二开关电路13的第一端；所述防反电路14的输出端作为所述保护电路10的第一保护端，用于连接供电电源20的正极和储能电池30的正极；所述电容储能电路15的另一端作为所述保护电路10的第二保护端，用于连接所述供电电源20的负极；所述第二开关电路13的第二端作为所述保护电路10的第三保护端，用于连接所述储能电池30的负极。
43.进一步的，所述第一开关电路12为pnp型三极管，所述pnp型三极管的基极作为所述第一开关电路12的控制端，所述pnp型三极管的发射极作为所述第一开关电路12的第一
端，所述pnp型三极管的集电极作为所述第一开关电路12的第二端。
44.可以理解，在给储能电池30充电时，若储能电池30正接，控制电路11提供驱动电压以驱动第二开关电路13，使得充电回路正常工作，供电电源20向储能电池30充电，同时，控制电路11提供的驱动电压也会通过pnp型三极管的pn结给电容储能电路15充电；若储能电池30反接，电容储能电路15迅速通过防反电路14放电，此时，pnp型三极管导通，同时也拉低第二开关电路13的控制端的驱动电压，关断第二开关电路13，进而实现储能电池30反接时的快速保护。
45.进一步的，所述第二开关电路13包括nmos管和igbt中的一种。
46.示范性的，如图2所示，在所述第二开关电路13为nmos管时，所述nmos管的栅极作为所述第二开关电路13的控制端，所述nmos管的源极作为所述第二开关电路13的第一端，所述nmos管的漏极作为所述第二开关电路13的第二端。
47.示范性的，如图3所示，igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。外部有三个电极，分别为g
‑
栅极，c
‑
集电极，e
‑
发射极，igbt的栅极作为所述第二开关电路13的控制端，所述igbt的发射极作为所述第二开关电路13的第一端，所述igbt管的集电极作为所述第二开关电路13的第二端。
48.进一步的，所述防反电路14包括至少一个二极管，二极管的阳极可以作为所述防反电路14的输入端，二极管的阴极可以作为所述防反电路14的输出端。可以理解，防反电路14包括多个二极管时，各个二极管相互并联，并连后的阳极可以作为所述防反电路14的输入端，并连后的阴极可以作为所述防反电路14的输出端。
49.进一步的，电容储能电路15可以包括一个储能电容或者多个储能电容，在电容储能电路15包括多个储能电容时，各个储能电容可以并联。
50.进一步的，保护电路10还包括第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻均作为限流电阻。所述第一电阻串联在所述第一开关电路12的第二端和所述防反电路14的输入端之间，所述第二电阻串联在所述第一开关电路12的第一端和所述控制电路11之间。
51.本实施例提出的保护电路10，利用防反电路14、电容储能电路15、第一开关电路12和第二开关电路13与控制电路11配合使用，实现在对储能电池30进行充电时，若储能电池30反接，可以快速断开第二开关电路13，以使充电回路快速断开。与现有的上述四种电池反接保护技术相比，本实施例提供的保护电路10的保护速度更快、损耗更小、元件数量少、保护电路10更为简单、易于实现。
52.实施例2
53.本实施例，参见图4，保护电路10的所述控制电路11包括控制单元和驱动单元，所述驱动单元将所述控制单元输出的驱动信号转换成所述驱动电压。
54.进一步的，控制电路11还包括短路检测单元，用于检测所述第二开关电路13所在的回路是否短路，并将检测结果发送至所述控制单元；所述控制单元在接收到回路短路的检测结果时，控制驱动单元输出关断信号以控制所述第二开关电路13处于关断状态，进而
实现对储能电池30的持续保护，避免控制电路11在不知晓存在反接情况时，会继续向所述第二开关电路13的控制端提供驱动电压，从而使得第二开关电路13导通，导致储能电池30与供电电源20处于反接状态。
55.进一步的，短路检测单元包括输出电压采样单元和光耦导通检测单元中的一种。
56.实施例3
57.本实施例，参见图5，示出了一种储能设备包括储能电池30和保护电路10。保护电路10包括控制电路11、防反电路14、电容储能电路15、第一开关电路12和第二开关电路13。
58.所述控制电路11的输出端分别与第一开关电路12的第一端和所述第二开关电路13的控制端连接；所述第一开关电路12的控制端分别连接所述防反电路14的输入端和所述电容储能电路15的一端，所述第一开关电路12的第二端分别连接所述电容储能电路15的另一端和所述第二开关电路13的第一端；所述防反电路14的输出端作为所述保护电路10的第一保护端，用于连接供电电源20的正极和储能电池30的正极；所述电容储能电路15的另一端作为所述保护电路10的第二保护端，用于连接所述供电电源20的负极；所述第二开关电路13的第二端作为所述保护电路10的第三保护端，用于连接所述储能电池30的负极。
59.进一步的，第二开关电路13包括nmos管和igbt中的一种。
60.进一步的，控制电路11包括控制单元和驱动单元，所述驱动单元将所述控制单元输出的驱动信号转换成所述驱动电压。控制电路11还包括短路检测单元，用于检测所述第二开关电路13所在的回路是否短路，并将检测结果发送至所述控制单元；所述控制单元在接收到回路短路的检测结果时，控制驱动单元输出关断信号以控制所述第二开关电路13处于关断状态。短路检测单元包括输出电压采样单元和光耦导通检测单元中的一种。
61.实施例4
62.本实施例，提出了一种电子设备包括设备本体，所述设备本体包括储能电池30；和保护电路10。可以理解，电子设备可以是带有储能功能的设备，包括电子设备本体以及储能电池30和保护电路10。
63.保护电路10包括控制电路11、防反电路14、电容储能电路15、第一开关电路12和第二开关电路13。
64.所述控制电路11的输出端分别与第一开关电路12的第一端和所述第二开关电路13的控制端连接；所述第一开关电路12的控制端分别连接所述防反电路14的输入端和所述电容储能电路15的一端，所述第一开关电路12的第二端分别连接所述电容储能电路15的另一端和所述第二开关电路13的第一端；所述防反电路14的输出端作为所述保护电路10的第一保护端，用于连接供电电源20的正极和储能电池30的正极；所述电容储能电路15的另一端作为所述保护电路10的第二保护端，用于连接所述供电电源20的负极；所述第二开关电路13的第二端作为所述保护电路10的第三保护端，用于连接所述储能电池30的负极。
65.示范性的，第二开关电路13包括nmos管和igbt中的一种。
66.示范性的，控制电路11包括控制单元和驱动单元，所述驱动单元将所述控制单元输出的驱动信号转换成所述驱动电压。控制电路11还包括短路检测单元，用于检测所述第二开关电路13所在的回路是否短路，并将检测结果发送至所述控制单元；所述控制单元在接收到回路短路的检测结果时，控制所述驱动单元输出关断信号以控制所述第二开关电路13处于关断状态。短路检测单元包括输出电压采样单元和光耦导通检测单元中的一种。
67.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
68.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
69.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。