一种蓄电池充电防反接电路的制作方法

1.本发明设计电源技术领域，特别涉及一种蓄电池充电防反接电路。


背景技术：

2.蓄电池是一种可再充电的二次电池，广泛应用于各个行业。由于操作人员存在多次开关机应用场景和输入接反的可能性，防反接保护电路对电子设备有很好的保护作用。
3.目前市面针对蓄电池充电防反接电路大概分为以下几种：第一，将充电器设计为无极性，使外部的正负连接顺序对蓄电池的正常充电不产生任何影响；第二，采用串联二极管的方式使外部电源极性接反时，电路处于开路状态；第三，通过场效应管或晶闸管等功率开关器件来切断后级与前级的回路。
4.第一、二种防反接方法，虽然能实现蓄电池的反接保护功能，但是二极管本身在蓄电池正常工作的时候会有电压和功率的损耗。特别是在大电流时，这样会导致充电器输出效率降低。
5.第三种方法由于晶闸管在通态时相当于一个二极管，缺点同第一、二，因此选用通态电阻为毫欧级别的场效应管作为防反接电路的开关元件无论是自身损耗或者器件发热情况都比上述方法好。目前市面上通过场效应管作防反接电路的产品，当dc
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dc（直流
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直流）变换器或者开关电源在工作情况下时，如果电池极性正确接一下后，再取出电池，然后再反向接入电池，正接时由于蓄电池的电压使场效应管导通，将蓄电池取出时，由于没有关断信号，场效应管依然处于导通状态，而此时再将蓄电池反向接入充电电路中会造成极性混乱，原充电电路会在短时间产生高电压和大电流，损害蓄电池和原充电电路的元器件。
6.针对以上问题，我们设计了一款蓄电池充电防反接电路，该电路的功能是，只要没有接入电池，场效应管就不会导通，这样无论在何种情况下反接，场效应管依然保持关断状态，切断了dc
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dc转换器和开关电源和电池之间的回路，保证了无论怎么接都可以不损坏器件。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是现有充电电路在蓄电池反接时会在短时间产生高电压和大电流，损害蓄电池和原充电电路的元器件。针对此问题，本发明提供一种蓄电池充电防反接电路。
8.一种蓄电池充电防反接电路，其特征在于，包括防反接电源控制电路、电阻网络、功率开关元件、取样电阻、功率开关元件控制电路。
9.优选地，所述防反接电源控制模块包括第一二极管、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻。
10.其中，所述第一三极管、第二三极管为pnp型三极管；所述第三三极管为npn型三极管； 所述第一二极管阳极接蓄电池的正极，其阴极接第一电阻的第一端和第一三极管发射极；所述第一电阻第二端接第二电阻的第一端和第一三极管基极；所述第二电阻的第二端
接蓄电池的负极；所述第二三极管的发射极接前级开关电源或dc
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dc变换器的一个合适的电压信号，其基极接第三电阻的第一端，其集电极输出电压为vcc，vcc为整个防反接电路供电；所述第四电阻的第一端接第一三极管的集电极，其第二端接第三三极管的基极；所述第三三极管的集电极接第三电阻的第二端，其发射极接蓄电池充电防反接电路的地线。优选地，所述蓄电池充电防反接电路还包括电阻网络，所述电阻网络包括第五电阻、第六电阻。
11.其中，所述第五电阻的第一端接第二三极管集电极，第五电阻的第二端接第六电阻的第一端；所述第六电阻第二端接蓄电池充电防反接电路的地线。
12.优选地，所述蓄电池充电防反接电路还包括功率开关元件。
13.所述功率开关元件第三端接蓄电池的负极，所述功率开关元件第二端接蓄电池充电防反接电路的地线，所述功率开关元件的第一端接第五电阻的第二端、第六电阻的第一端。
14.优选地，所述蓄电池充电防反接电路还包括取样电阻。
15.其中，所述取样电阻的第一端接前级开关电源或dc
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dc变换器的地线；所述取样电阻的第二端接蓄电池充电防反接电路的地线。
16.优选地，所述蓄电池充电防反接电路还包括功率开关元件控制电路。
17.其中，所述功率开关元件控制电路控制功率开关元件的接通和断开。
18.所述功率开关元件控制电路包括第四电容、第五电容、差分比例放大电路、串联稳压电路、比较电路、第十六电阻、第四晶体管。
19.所述差分比例放大电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、双运算放大器芯片。
20.其中，双运算放大器芯片有八个引脚，依次是：第一输出引脚、第一反相输入引脚、第一同相输入引脚、接地引脚、第二同相输入引脚、第二反相输入引脚、第二输出引脚、电源引脚。
21.其中，所述差分比例放大电路，第七电阻的第一端接取样电阻的第一端，第七电阻的第二端接第一电容的第一端、第八电阻的第一端；第十电阻的第一端接取样电阻的第二端，第十电阻的第二端接第一电容的第二端、第十一电阻的第一端；第八电阻的第二端接第九电阻的第二端、第三电容的第二端、双运算放大芯片的第二反相输入引脚；第九电阻的第一端接第二电容的第二端、第三电容的第一端、双运算放大芯片的第二输出引脚；第二电容的第一端接蓄电池充电防反接电路的地线；第十一电阻的第二端接双运算放大芯片的第二同相输入引脚。
22.所述串联稳压电路包括第六电容、第十二电阻、第十三电阻、稳压二极管；所述串联稳压电路，第十二电阻的第一端接第二晶体管的集电极输出端，第十二电阻的第二端接第十三电阻的第一端、第六电容的第二端、稳压二极管的第一端；第十三电阻的第二端接双运算放大器芯片的第二同相输入引脚、第六电容的第一端；稳压二极管的第二端接蓄电池充电防反接电路的地。
23.所述比较电路包括分压电路、双运算放大器芯片。
24.其中，所述分压电路包括第六电容、第十四电阻、第十五电阻；所述分压电路，第六电容的第一端接第十四电阻的第一端、第十五电阻的第一端；第六电容的第二端接第十四
电阻的第二端、蓄电池充电防反接电路的地线；第十五电阻的第二端接第二晶体管的集电极；其中，所述比较电路，双运算放大器芯片的第一反相输入引脚接双运算放大器芯片的第二输出引脚；双运算放大器芯片的第一输出引脚接第十六电阻的第二端；双运算放大器芯片的接地引脚接蓄电池充电防反接电路的地线。
25.所述第四电容解耦，第五电容滤波；所述第四电容的第一端接第五电容的第一端、第二晶体管的集电极、双运算放大器芯片的电源引脚；第四电容的第二端接第五电容的第二端、蓄电池充电防反接电路的地线。
26.所述第十六电阻的第一端接第四晶体管的基极。
27.所述第四晶体管集电极接功率开关元件的第一端；所述第四晶体管的发射极接第六电阻的第二端、蓄电池充电防反接电路的地、功率开关元件的第二端。
28.功率开关元件控制电路主要是通过检测取样电阻是否有电流通过来，控制第四三极管的通断，进而控制功率开关元件的通断，来有效避免蓄电池反接充电而造成损坏。
29.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：（1）本发明通过蓄电池的电压来驱动功率开关元件，使蓄电池正接的时候功率开关元件能够可靠导通；利用一个关断第四三极管，在蓄电池断开时，功率开关元件能够可靠关断，避免损害蓄电池和原充电电路的元器件。
30.（2）本发明的功率开关元件控制电路，通过检测采样电阻的电流值来控制第四三极管的导通与截止，这样只要检测到电流流过采样电阻，功率开关元件可靠导通，前级电路正常给蓄电池充电；而蓄电池一旦拿开，功率开关元件一定会关断，这样就切断了前级电路与电池之间的回路，下次如果蓄电池如果反接，充电电路也不会导通，实现了无论怎么样反接都不会损坏电池或者充电电路。
31.（3）功率开关元件的应用减小了损耗，增加了电路的可靠性。
附图说明
32.图1是本发明蓄电池充电防反接电路结构图。
33.图2是本发明蓄电池充电防反接电路原理图。
具体实施方式
34.为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种蓄电池充电防反接电路进行详细说明。
35.有关本发明的前述及其技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
36.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括
没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.本发明实施的技术方案如下：请参见图 2，图2为本发明实施例提供的一种蓄电池充电防反接电路的原理图。本实施例的蓄电池充电防反接电路包括防反接电源控制电路、电阻网络、功率开关元件、取样电阻和功率开关元件控制电路。
38.具体地，所述防反接电路电源控制电路包括第一二极管d1、第一三极管t1、第二三极管t2、第三三极管t3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4；其中，所述第一三极管t1、第二三极管t2为pnp型三极管；所述第三三极管t3为npn型三极管；所述第一二极管d1阳极接蓄电池的正极b ，其阴极接第一电阻r1的第一端和第一三极管t1发射极；所述第一电阻r1第二端接第二电阻r2的第一端和第一三极管t1基极；所述第二电阻r2的第二端接蓄电池的负极b
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；所述第二三极管t2的发射极接前级开关电源或dc
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dc变换器的一个合适的电压信号，其基极接第三电阻r3的第一端，其集电极输出电压为vcc，vcc为整个蓄电池充电防反接电路供电；所述第四电阻r4的第一端接第一三极管t1的集电极，其第二端接第三三极管t3的基极；所述第三三极管t3的集电极接第三电阻r3的第二端，其发射极接蓄电池充电防反接电路的地线gnd1。
39.进一步地，本实例中，所述蓄电池充电防反接电路还包括电阻网络，所述电阻网络包括第五电阻r5、第六电阻r6；其中，所述第五电阻r5的第一端接第二三极管t2集电极，第五电阻r5的第二端接第六电阻r6的第一端；所述第六电阻r6第二端接蓄电池充电防反接电路的地线gnd1。
40.进一步地，本实例提供的蓄电池充电防反接电路还包括功率开关元件q1；其中，所述功率开关元件q1为n沟道场效应管，q1漏极接蓄电池的负极b
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，q1源极接蓄电池充电防反接电路的地线gnd1，q1的栅极接第五电阻r5的第二端、第六电阻r6的第一端。
41.进一步地，本实例提供的该蓄电池充电防反接电路还包括取样电阻rc；其中，所述取样电阻rc的第一端接前级开关电源或dc
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dc变换器的地线gnd；所述取样电阻rc的第二端接蓄电池充电防反接电路的地线gnd1。
42.进一步地，本实例提供的蓄电池充电防反接电路还包括功率元件控制电路。
43.具体地，所述功率开关元件控制电路控制功率开关元件q1的接通和断开。
44.具体地，所述功率开关元件控制电路包括第四电容c4、第五电容c5、差分比例放大电路、串联稳压电路、比较电路、第十六电阻r16、第四晶体管t4。
45.具体地，所述差分比例放大电路包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、双运算放大器芯片u1。
46.具体地，双运算放大器芯片有八个引脚，依次是：第一输出引脚1、第一反相输入引脚2、第一同相输入引脚3、接地引脚4、第二同相输入引脚5、第二反相输入引脚6、第二输出引脚7、电源引脚8。
47.具体地，所述差分比例放大电路，第七电阻r7的第一端接取样电阻rc的第一端，第七电阻r7的第二端接第一电容c1的第一端、第八电阻r8的第一端；第十电阻r10的第一端接取样电阻rc的第二端，第十电阻r10的第二端接第一电容c1的第二端、第十一电阻r11的第一端；第八电阻r8的第二端接第九电阻r9的第二端、第三电容c3的第二端、双运算放大器芯
片u1的第二反相输入引脚6；第九电阻r9的第一端接第二电容c2的第二端、第三电容c3的第一端、双运算放大器芯片u1的第二输出引脚7；第二电容c32的第一端接蓄电池充电防反接电路的地线gnd1；第十一电阻r11的第二端接双运算放大器芯片的第二同相输入引脚5。
48.具体地，所述串联稳压电路包括第六电容c6、第十二电阻r12、第十三电阻r13、稳压二极管d2；所述串联稳压电路，第十二电阻r12的第一端接第二晶体管t2的集电极输出端，第十二电阻r12的第二端接第十三电阻r13的第一端、第六电容c6的第二端、稳压二极管d2的第一端；第十三电阻r13的第二端接双运算放大器芯片u1的第二同相输入引脚5、第六电容c6的第一端；稳压二极管d2的第二端接蓄电池充电防反接电路的地gnd1。
49.具体地，所述比较电路包括分压电路、双运算放大器芯片u1。
50.具体地，所述分压电路包括第六电容c6、第十四电阻r14、第十五电阻r15；所述分压电路，第六电容c6的第一端接双运算放大芯片的第一同相输入引脚3、第十四电阻r14的第一端、第十五电阻r15的第一端；第六电容c6的第二端接第十四电阻r14的第二端、蓄电池充电防反接电路的地线gnd1；第十五电阻r15的第二端接第二晶体管t2的集电极。
51.具体地，所述比较电路，双运算放大器芯片u1的第一反相输入引脚2接双运算放大器芯片的第二输出引脚7；双运算放大芯片u1的第一输出引脚1接第十六电阻r16的第二端；双运算放大器芯片的地引脚4接蓄电池充电防反接电路的地线gnd1。
52.具体地，所述第四电容c4的第一端接第五电容c5的第一端、第二晶体管t2的集电极、双运算放大器芯片u1的电源引脚8；第四电容c4的第二端接第五电容c5的第二端、蓄电池充电防反接电路的地线gnd1。
53.具体地，所述第十六电阻r16的第一端接第四晶体管t4的基极。
54.具体地，所述第四晶体管t4集电极接功率开关元件q1的栅极；所述第四晶体管t4的发射极接第六电阻r6的第二端、蓄电池充电防反接电路的地线gnd1、功率开关元件q1的源极。
55.电路工作原理如下：当开关电源或dc
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dc变换器正常工作时，正确接入蓄电池，由于偏置电阻r1的存在，使pnp三极管t1饱和导通。选取合适的r4，t1的射极到集电极的电流会使npn三极管t3饱和导通。由于前级开关电源或dc
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dc变换器正常工作，pnp三极管t2的发射极电压大于基极电压，t2饱和导通。三极管t2的集电极电压 vcc通过电阻r5和r6的分压使功率开关元件q1，即n沟道场效应管饱和导通。此时会有电流流过采样电阻rc，rc两端的压降通过差分比例放大电路和串联稳压电路，差分比例放大电路输出的电压也就是双运算放大芯片u1的第二输出引脚7输出的电压，它的大小为稳压管d2的稳压值与rc压降的放大倍数之和，而这个电压又被接至双运算放大器芯片u1的第一反向输入引脚2上。另一方面，由于第六电容c6的存在使双运算放大器芯片u1的第一同相输入引脚3上的电压升高缓慢，这样设置合适的第十四电阻r14、第十五电阻r15和第六电容c6的值，与同向比例放大器的放大倍数，使得当有电流流过rc时，双运算放大芯片u1第一同相输入端引脚3上的电压比第一反相输入引脚2上的电压小，双运算放大芯片u1的第一输出引脚1输出低电平，npn三极管t4保持截止状态，n沟道场效应管q1持续保持导通；当去掉电池时，没有电流流过rc，双运算放大器芯片u1第一同相输入端引脚3上的电压比第一反相输入引脚2上的电压大，双运算放大器芯片u1的第一输出引脚1输出高电平，npn三极管t4饱和导通，使n沟道场效应管q1的g极与s极均为低电平，该场效应管关断。
56.具体操作分为以下几个方面：1.当开关电源或dc
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dc变换器不工作时，此时反向接入蓄电池，由于二极管d1的存在，三极管t1无电流流过，处于截止状态，整个防反接电路不带电，有效的隔断了前级电路与电池之间的回路。
57.2.当开关电源或dc
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dc变换器不工作时，此时正向接入蓄电池，由于三极管t2的导通受前级开关电源或dc
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dc变换器的控制，t2处于截止状态，整个防反接电路不带电，有效的隔断了前级电路与电池之间的回路。
58.3.当开关电源或dc
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dc变换器工作时，此时反向接入蓄电池，由于二极管d1的存在，三极管t1无电流流过，处于截止状态，整个防反接电路不带电，有效的隔断了前级电路与电池之间的回路。
59.4.当开关电源或dc
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dc变换器工作时,此时正向接入蓄电池，然后取出蓄电池后，再反接蓄电池，正向接入蓄电池的情况在工作原理里已经分析过，三极管t4会一直截止，场效应管q1一直导通，电路正常工作，直到断开蓄电池以后,取样电阻rc无电流流过，芯片u1的第一反相输入引脚2上的电压突然下降至小于芯片u1第一同相输入引脚3上的电压，芯片u1的第一输出引脚1上会输出一个瞬时脉冲使三极管t4饱和导通，三极管t4的射极和集电极之间0.3v的压降将场效应管q1的g极和s极之间的电压拉低，场效应管q1关断，切断了前级开关电源或dc
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dc变换器与防反接电路之间的回路，这样整个防反接电路不带电，有效的隔断了前级电路与电池之间的回路，这是再反接蓄电池，整个电路也不工作。所以当蓄电池断开之后，防反接电路会自动的断开场效应管，直到电池正确的接入充电装置时场效应管才会重新导通，确保电路稳定、可靠。
60.上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，，本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。