一种用于大电流放电的过流保护电路和方法与流程

1.本发明涉及电流检测领域，尤其涉及到一种用于大电流放电的过流保护电路和方法。


背景技术：

2.市面上使用电池供电的产品一般会设置放电过流保护功能，通常会对电池本身设置用于充/放电保护的电池保护板，但由于考虑到电池常用于向小电流负载输入放电电流，电池产生的放电电流不会太大，因此电池保护板中的场效应管为适用于输入小电流的场效应管(mos管，mosfet)，导致当电池对大电流负载放电时，除了大电流负载本身需要设置用于检测过放电流以控制放电开关的场效应管，电池保护板也需要对应设置能够通过大电流的场效应管，使得在进行大电流应用时产品的成本增加较大。


技术实现要素：

3.为了解决当电池对大电流负载放电时，除了大电流负载本身需要设置用于检测过放电流以控制放电开关的场效应管，电池保护板也需要对应设置能够通过大电流的场效应管，使得在进行大电流应用时产品的成本增加较大的缺陷，本发明提供了一种用于大电流放电的过流保护电路和方法。
4.第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于大电流放电的过流保护电路，包括：
5.控制电路，用于检测输入大电流负载的放电电流，得到检测信号；
6.微控制单元，用于根据所述检测信号，判断所述放电电流是否存在电流过流的情况，若是，则输出第一控制信号；
7.所述控制电路，还用于当接收到所述第一控制信号时，停止对所述大电流负载的放电电流输入。
8.本发明的有益效果是：对需要进行大电流放电应用的产品，单独设置控制电路对输入大电流负载的放电电流进行过流检测及输入控制，以避免电池输入大电流负载的放电电流进入电池保护板，从而无需对电池保护板额外增加大电流场效应管，在保证产品安全的同时，有效降低产品成本。
9.进一步，所述控制电路包括依次连接的信号接收电路、开关控制电路和滤波电路，其中：
10.所述微控制单元的信号输出端与所述信号接收电路连接，所述微控制单元的adc引脚和所述滤波电路连接；
11.所述信号接收电路，用于当接收到所述第一控制信号时，输出第二控制信号；
12.所述开关控制电路，用于当接收到所述第二控制信号时，关闭电池对所述大电流负载的放电电流输入。
13.采用上述改进方案的有益效果是：通过在电池和大电流负载之间设置可通过大电
流的开关控制电路，并将开关控制电路得到的检测信号经滤波电路滤波后输入微控制单元，能够提高电流过流检测的有效性。
14.进一步，所述第一控制信号为低电平信号，所述第二控制信号为高电平信号；
15.所述信号接收电路包括第十电阻r10、第二十一电阻r21、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第九三极管q9和接地端，其中：
16.所述第九三极管q9的集电极依次通过所述第十电阻r10和所述第二十一电阻r21与所述电池的正极连接，所述第九三极管q9的集电极还通过所述第十电阻r10与所述开关控制电路连接，所述第九三极管q9的基极通过所述第二十四电阻r24与所述微控制单元的信号输出端连接；
17.所述接地端通过所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述接地端还与所述第九三极管q9的发射极连接。
18.采用上述改进方案的有益效果是：信号接收电路能够根据微控制单元输出的电平信号，利用三极管对开关控制电路进行控制，进而实现过流保护。
19.进一步，所述接地端包括电池保护板；
20.所述电池保护板，用于检测所述电池是否存在放电异常，若是，则输出第三控制信号；
21.所述信号接收电路，还用于当接收到所述第三控制信号时，输出所述第二控制信号。
22.采用上述改进方案的有益效果是：信号接收电路能够根据微控制单元、电池保护板输出的信号，利用三极管对开关控制电路进行控制，从而兼具大电流应用及小电流应用下的电池放电保护，进一步降低产品成本。
23.进一步，所述第三控制信号为高电平信号，所述电池保护板包括电源vc、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第十七电容c17、第十八电容c18、电池保护芯片u9、第二场效应管q2和第三场效应管q3，其中：
24.所述电源vc依次通过所述第十九电阻r19和所述第十七电容c17与所述电池的负极连接，所述第十九电阻r19和所述第十七电容c17的共接点与所述电池保护芯片u9的第4引脚连接；
25.所述电池的正极依次通过所述第十八电阻r18和所述第十八电容c18与所述电池的负极连接，所述第十八电阻r18和所述第十八电容c18的共接点与所述电池保护芯片u9的第5引脚连接；
26.所述电池保护芯片u9的第1引脚分别与所述第二场效应管q2的栅极和所述第三场效应管q3的栅极连接，所述电池保护芯片u9的第3引脚通过所述第十七电阻r17分别与所述第三场效应管q3的漏极以及所述第二场效应管q2的漏极连接，所述电池保护芯片u9的第6引脚与所述电池的负极连接；
27.所述电池的负极分别与所述第三场效应管q3的源极以及所述第二场效应管q2的源极连接；
28.所述电池保护芯片u9的第3引脚还依次通过所述第十七电阻r17和所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述电池保护芯片u9的第3引脚还通过所述第十七电阻r17与所述第九三极管q9的发射极连接。
29.采用上述改进方案的有益效果是：当电池保护板的电池保护功能被开启时，信号接收电路将接收电池保护板输出的高电平信号，并控制开关控制电路停止对所述大电流负载输入放电电流，从而兼具小电流应用下的电池保护功能。
30.进一步，所述第二控制信号为高电平信号；
31.所述开关控制电路包括第二十电阻r20、第二十二电阻r22、二极管d1、第五三极管q5和大电流场效应管q4，其中：
32.所述第五三极管q5的基极与所述信号接收电路连接，所述第五三极管q5的发射极与所述电池的正极连接，所述第五三极管q5的集电极与所述大电流场效应管q4的栅极连接；
33.所述大电流场效应管q4的漏极通过所述第二十电阻r20与所述电池的负极连接，所述大电流场效应管q4的漏极还与所述滤波电路连接，所述大电流场效应管q4的栅极通过所述第二十二电阻r22与所述电池的负极连接，所述大电流场效应管q4的源极分别与所述二极管d1的正极和所述大电流负载的输入端的负极连接，所述二极管d1的负极分别与所述电池的正极和所述大电流负载的输入端的正极连接。
34.采用上述改进方案的有益效果是：通过在电池与大电流负载之间设置大电流场效应管，从而实现对大电流放电电流的输入控制。
35.进一步，所述滤波电路包括第六电阻r6和第二十六电容c26，其中：
36.所述第六电阻r6的一端与所述开关控制电路连接，所述第六电阻r6的另一端通过所述第二十六电容c26与所述电池的负极连接；
37.所述第六电阻r6和所述第二十六电容c26的共接点与所述微控制单元的adc引脚连接。
38.采用上述改进方案的有益效果是：利用电阻和电容构成的滤波电路，结构简单，易于实现。
39.第二方面，本发明提供了一种用于大电流放电的过流保护方法，包括：
40.控制电路检测输入大电流负载的放电电流，得到检测信号；
41.微控制单元根据所述检测信号，判断所述放电电流是否存在电流过流的情况，若是，则输出第一控制信号；
42.当所述控制电路接收到所述第一控制信号时，停止对所述大电流负载的放电电流输入。
43.进一步，所述控制电路包括依次连接的信号接收电路、开关控制电路和滤波电路，
44.所述微控制单元的信号输出端与所述信号接收电路连接，所述微控制单元的adc引脚和所述滤波电路连接；
45.所述当所述控制电路接收到所述第一控制信号时，停止对所述大电流负载的放电电流输入，包括：
46.当所述信号接收电路接收到所述第一控制信号时，输出第二控制信号；
47.当所述开关控制电路接收到所述第二控制信号时，关闭电池对所述大电流负载的放电电流输入。
48.进一步，所述第一控制信号为低电平信号，所述第二控制信号为高电平信号；
49.所述信号接收电路包括第十电阻r10、第二十一电阻r21、第二十三电阻r23、第二
十四电阻r24、第九三极管q9和接地端，其中：
50.所述第九三极管q9的集电极依次通过所述第十电阻r10和所述第二十一电阻r21与所述电池的正极连接，所述第九三极管q9的集电极还通过所述第十电阻r10与所述开关控制电路连接，所述第九三极管q9的基极通过所述第二十四电阻r24与所述微控制单元的信号输出端连接；
51.所述接地端通过所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述接地端还与所述第九三极管q9的发射极连接。
附图说明
52.图1为本发明实施例提供的一种用于大电流放电的过流保护电路的结构示意图；
53.图2为本发明的一个实施例提供的控制电路的结构示意图；
54.图3为本发明的另一个实施例提供的控制电路的结构示意图；
55.图4为本发明实施例提供的信号接收电路的结构示意图；
56.图5为本发明实施例提供的开关控制电路的结构示意图；
57.图6为本发明实施例提供的滤波电路的结构示意图；
58.图7为本发明实施例提供的一种用于大电流放电的过流保护方法的流程示意图。
具体实施方式
59.下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
60.以下结合附图描述本发明实施例的一种用于大电流放电的过流保护电路。
61.参照图1所示，本发明提供了一种用于大电流放电的过流保护电路，包括：
62.控制电路10，用于检测输入大电流负载的放电电流，得到检测信号；
63.微控制单元20，用于根据所述检测信号，判断所述放电电流是否存在电流过流的情况，若是，则输出第一控制信号；
64.所述控制电路10，还用于当接收到所述第一控制信号时，停止对所述大电流负载的放电电流输入。
65.需要说明的是，当与不同的被供电设备连接时，电池将根据被供电设备的需要构成大电流放电回路或小电流放电回路，所述大电流负载指电池处于大电流放电回路时所连接的被供电设备，例如需要瞬态脉冲大电流供电的设备，所述大电流可通过设置的阈值进行定义，例如电池的放电电流大于设置的阈值时，则可认为该放电电流为大电流放电电流。
66.在该实施例中，放电电流经过控制电路10直接进入大电流负载，由控制电路10对输入大电流负载的放电电流进行过流检测及输入控制，从而避免了输入大电流负载的放电电流进入对电池自身设置的电池保护板，在保证产品安全的同时，由于无需对电池保护板额外增加大电流场效应管，能够有效降低产品成本。
67.可选的，在一个实施例中，如图2所示，所述控制电路10包括依次连接的信号接收电路101、开关控制电路102和滤波电路103，其中：
68.所述微控制单元20的信号输出端mo_en与所述信号接收电路101连接，所述微控制单元20的adc引脚mo_adc和所述滤波电路103连接；
69.所述信号接收电路101，用于当接收到所述第一控制信号时，输出第二控制信号；
70.所述开关控制电路102，用于当接收到所述第二控制信号时，关闭电池对所述大电流负载的放电电流输入。
71.在该实施例中，通过在电池和大电流负载之间设置可通过大电流的开关控制电路102，从而实现大电流负载工作时的输入电流检测及控制，开关控制电路102获取用于描述电池输入大电流负载的放电电流的检测信号，例如在开关控制电路102中设置场效应管，利用该场效应管的开关电流表示输入大电流负载的放电电流，此时该检测信号为用于计算该场效应管的开关电流的相关采集信号，如可将场效应管的漏极和源极之间的电压作为采集的检测信号，再利用滤波电路103滤波后输入至微控制单元20的adc引脚mo_adc，由微控制单元20通过内部的adc(analog to digital converter，模数转换器)进行相应的计算处理，并将处理后的检测信号与预设的过流保护阈值进行比较，当该处理后的检测信号大于预设的过流保护阈值时，微控制单元20的信号输出端mo_en将输出第一控制信号，信号接收电路101根据该第一控制信号利用开关控制电路102关闭电池对所述大电流负载的放电电流输入。
72.可选的，如图3所示，所述第一控制信号为低电平信号，所述第二控制信号为高电平信号；
73.所述信号接收电路101包括第十电阻r10、第二十一电阻r21、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第九三极管q9和接地端1011，其中：
74.所述第九三极管q9的集电极依次通过所述第十电阻r10和所述第二十一电阻r21与所述电池的正极连接，所述第九三极管q9的集电极还通过所述第十电阻r10与所述开关控制电路102连接，所述第九三极管q9的基极通过所述第二十四电阻r24与所述微控制单元20的信号输出端连接；
75.所述接地端1011通过所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述接地端1011还与所述第九三极管q9的发射极连接。
76.在该实施例中，图示的b、c和e分别代表三极管的基极、集电极和发射极,b 和b-分别代表电池的正极和负极。当微控制单元20判定放电电流存在电流过流时，将向第九三极管q9的基极输出低电平的第一控制信号，使得三极管q9不导通，三极管q9的集电极由第二十一电阻r21拉至电池的正极电压，此时信号接收电路101通过三极管q9的集电极向开关控制电路102输出高电平的第二控制信号。
77.其中，当大电流负载正常工作时，微控制单元20将向第九三极管q9的基极输出高电平信号，使得三极管q9导通，三极管q9的集电极拉低至接地端1011的电平，该接地端1011用于提供低电平，可设置为电池的负极，此时信号接收电路101通过三极管q9的集电极向开关控制电路102输出低电平信号，从而使信号接收电路101能够根据微控制单元20输出的电平信号，利用三极管对开关控制电路102进行控制，实现过流保护。
78.可选的，所述接地端1011包括电池保护板；
79.所述电池保护板，用于检测所述电池是否存在放电异常，若是，则输出第三控制信号；
80.所述信号接收电路101，还用于当接收到所述第三控制信号时，输出所述第二控制信号。
81.可选的，如图4所示，所述第三控制信号为高电平信号，所述电池保护板包括电源
vc、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第十七电容c17、第十八电容c18、电池保护芯片u9、第二场效应管q2和第三场效应管q3，其中：
82.所述电源vc依次通过所述第十九电阻r19和所述第十七电容c17与所述电池的负极连接，所述第十九电阻r19和所述第十七电容c17的共接点与所述电池保护芯片u9的第4引脚连接；
83.所述电池的正极依次通过所述第十八电阻r18和所述第十八电容c18与所述电池的负极连接，所述第十八电阻r18和所述第十八电容c18的共接点与所述电池保护芯片u9的第5引脚连接；
84.所述电池保护芯片u9的第1引脚分别与所述第二场效应管q2的栅极和所述第三场效应管q3的栅极连接，所述电池保护芯片u9的第3引脚通过所述第十七电阻r17分别与所述第三场效应管q3的漏极以及所述第二场效应管q2的漏极连接，所述电池保护芯片u9的第6引脚与所述电池的负极连接；
85.所述电池的负极分别与所述第三场效应管q3的源极以及所述第二场效应管q2的源极连接；
86.所述电池保护芯片u9的第3引脚还依次通过所述第十七电阻r17和所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述电池保护芯片u9的第3引脚还通过所述第十七电阻r17与所述第九三极管q9的发射极连接。
87.在该实施例中，图示的s、g和d分别表示场效应管的源极、栅极和漏极，电池保护芯片u9包括第1引脚od、第3引脚cb、第4引脚vc、第5引脚vdd和第6引脚vss，所述接地端1011为系统地，系统地由电池保护芯片u9构成的电池保护板控制输出的电平信号，当电池保护芯片u9判定电池放电状态正常时，接地端1011向第九三极管q9的发射极输出等同于电池的负极的低电平信号，而当电池存在过放等异常状态时，电池保护芯片u9将开启电池保护功能，此时接地端1011向第九三极管q9的发射极输出等同于电池的正极的第三控制信号，以使导通的第九三极管q9输出等同于电池的正极的第二控制信号。
88.示例性地，如图4所示，电池保护芯片u9可采用tc2120锂电池保护芯片，当tc2120检测的电池的电压都在过放电检测电压以上时，tc2120判定电池放电状态正常，芯片的第1引脚od输出高电平，使所述第1引脚所连接的场效应管导通，电池保护板输出低电平信号，当tc2120判定电池放电状态异常时，芯片的第1引脚od输出低电平，使所述第1引脚所连接的场效应管断开，电池保护板输出高电平信号。
89.可选的，在一个实施例中，如图5所示，所述第二控制信号为高电平信号；
90.所述开关控制电路102包括第二十电阻r20、第二十一电阻r21、二极管d1、第五三极管q5和大电流场效应管q4，其中：
91.所述第五三极管q5的基极与所述信号接收电路101连接，所述第五三极管q5的发射极与所述电池的正极连接，所述第五三极管q5的集电极与所述大电流场效应管q4的栅极连接；
92.所述大电流场效应管q4的漏极通过所述第二十电阻r20与所述电池的负极连接，所述大电流场效应管q4的漏极还与所述滤波电路103连接，所述大电流场效应管q4的栅极通过所述第二十二电阻r22与所述电池的负极连接，所述大电流场效应管q4的源极分别与所述二极管d1的正极和所述大电流负载的输入端的负极m-连接，所述二极管d1的负极分别
与所述电池的正极和所述大电流负载的输入端的正极m 连接。
93.在该实施例中，当第五三极管q5的基极接收到高电平的第二控制信号时，第五三极管q5不导通，大电流场效应管q4的栅极的电平由第二十二电阻r22拉低到电池的负极电压，与电池连接的大电流场效应管q4断开，关闭对大电流负载的放电电流输入，大电流负载停止工作，而当第五三极管q5的基极接收到低电平信号时，第五三极管q5导通，大电流场效应管q4的栅极的电平为电池的正极电压，大电流场效应管q4导通，电机开始工作。
94.在一种可能的实施方式中，将设在大电流场效应管q4的漏极的第二十电阻r20作为检测电阻，并将大电流场效应管q4的漏极电压作为检测信号，由微控制单元20根据该检测信号以及设置的检测电阻的阻值计算得到放电电流。
95.可选的，在一个实施例中，如图6所示，所述滤波电路103包括第六电阻r6和第二十六电容c26，其中：
96.所述第六电阻r6的一端与所述开关控制电路102连接，所述第六电阻r6的另一端通过所述第二十六电容c26与所述电池的负极连接；
97.所述第六电阻r6和所述第二十六电容c26的共接点与所述微控制单元20的adc引脚连接。
98.在该实施例中，利用电阻和电容构成的滤波电路103，将开关控制电路102得到的检测信号滤波后再输入至微控制单元20，能够提高电流过流检测的有效性。
99.如图7所示，本发明实施例提供的一种用于大电流放电的过流保护方法，包括：
100.s1、控制电路检测输入大电流负载的放电电流，得到检测信号；
101.s2、微控制单元根据所述检测信号，判断所述放电电流是否存在电流过流的情况，若是，则输出第一控制信号；
102.s3、当所述控制电路接收到所述第一控制信号时，停止对所述大电流负载的放电电流输入。
103.可选的，所述控制电路包括依次连接的信号接收电路、开关控制电路和滤波电路，
104.所述微控制单元的信号输出端与所述信号接收电路连接，所述微控制单元的adc引脚和所述滤波电路连接；
105.所述当所述控制电路接收到所述第一控制信号时，停止对所述大电流负载的放电电流输入，包括：
106.当所述信号接收电路接收到所述第一控制信号时，输出第二控制信号；
107.当所述开关控制电路接收到所述第二控制信号时，关闭电池对所述大电流负载的放电电流输入。
108.可选的，所述第一控制信号为低电平信号，所述第二控制信号为高电平信号；
109.所述信号接收电路包括第十电阻r10、第二十一电阻r21、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第九三极管q9和接地端，其中：
110.所述第九三极管q9的集电极依次通过所述第十电阻r10和所述第二十一电阻r21与所述电池的正极连接，所述第九三极管q9的集电极还通过所述第十电阻r10与所述开关控制电路连接，所述第九三极管q9的基极通过所述第二十四电阻r24与所述微控制单元的信号输出端连接；
111.所述接地端通过所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述接
地端还与所述第九三极管q9的发射极连接。
112.可选的，所述接地端包括电池保护板，该方法还包括：
113.所述电池保护板检测所述电池是否存在放电异常，若是，则输出第三控制信号；
114.当所述信号接收电路接收到所述第三控制信号时，输出所述第二控制信号。
115.可选的，所述第三控制信号为高电平信号，所述电池保护板包括电源vc、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第十七电容c17、第十八电容c18、电池保护芯片u9、第二场效应管q2和第三场效应管q3，其中：
116.所述电源vc依次通过所述第十九电阻r19和所述第十七电容c17与所述电池的负极连接，所述第十九电阻r19和所述第十七电容c17的共接点与所述电池保护芯片u9的第4引脚连接；
117.所述电池的正极依次通过所述第十八电阻r18和所述第十八电容c18与所述电池的负极连接，所述第十八电阻r18和所述第十八电容c18的共接点与所述电池保护芯片u9的第5引脚连接；
118.所述电池保护芯片u9的第1引脚分别与所述第二场效应管q2的栅极和所述第三场效应管q3的栅极连接，所述电池保护芯片u9的第3引脚通过所述第十七电阻r17分别与所述第三场效应管q3的漏极以及所述第二场效应管q2的漏极连接，所述电池保护芯片u9的第6引脚与所述电池的负极连接；
119.所述电池的负极分别与所述第三场效应管q3的源极以及所述第二场效应管q2的源极连接；
120.所述电池保护芯片u9的第3引脚还依次通过所述第十七电阻r17和所述第二十三电阻r23与所述第九三极管q9的基极连接，所述电池保护芯片u9的第3引脚还通过所述第十七电阻r17与所述第九三极管q9的发射极连接。
121.可选的，所述第二控制信号为高电平信号；
122.所述开关控制电路包括第二十电阻r20、第二十二电阻r22、二极管d1、第五三极管q5和大电流场效应管q4，其中：
123.所述第五三极管q5的基极与所述信号接收电路连接，所述第五三极管q5的发射极与所述电池的正极连接，所述第五三极管q5的集电极与所述大电流场效应管q4的栅极连接；
124.所述大电流场效应管q4的漏极通过所述第二十电阻r20与所述电池的负极连接，所述大电流场效应管q4的漏极还与所述滤波电路连接，所述大电流场效应管q4的栅极通过所述第二十二电阻r22与所述电池的负极连接，所述大电流场效应管q4的源极分别与所述二极管d1的正极和所述大电流负载的输入端的负极连接，所述二极管d1的负极分别与所述电池的正极和所述大电流负载的输入端的正极连接。
125.可选的，所述滤波电路包括第六电阻r6和第二十六电容c26，其中：
126.所述第六电阻r6的一端与所述开关控制电路连接，所述第六电阻r6的另一端通过所述第二十六电容c26与所述电池的负极连接；
127.所述第六电阻r6和所述第二十六电容c26的共接点与所述微控制单元的adc引脚连接。
128.上述实施例提供的一种用于大电流放电的过流保护电路和方法，经过实际测试，
在能够完成过流保护功能的情况下，能够有效节省成本，在一些应用场景下，采用适用于2a电流的mos管的锂电保护板即可使产品正常使用，相较对锂电保护板设置适用电流30a以上的mos管，成本降低了80％以上。
129.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。