電池過放電保護電路1
本例電路可運用在蓄電池作為后備電源的電子設備中。當電網斷電后,后備電池開始對設備進行供電,這時,必須設置電池過放電保護電路。最簡單的辦法就是設置一個電壓保護閥值,當電池電壓降到這個閥值之后,自動斷開回路,停止對負載供電。
但是由于負載被斷開之后,電池端電壓會迅速升高至閥值電壓以上,于是電池又被重新接入電路給負載供電,此后就會重復“斷開—接通—斷開—接通”的振蕩過程,直到電池的徹底耗盡。這對電池的壽命會產生很大的影響,甚至損壞電池。
所以,本例設計了一款帶有自動滯回功能的自動保護電路,這樣可以設置兩個電壓門限,避免產生振蕩,又因為這兩個門限可以通過電阻任意設置,因此運用場合非常廣泛。
電池過放保護電路圖
電路工作過程:
我們給電路設置的兩個門限電壓為:UTH1和UTH2(UTH1》UTH2),這樣可以形成一個滯回區,如下圖所示:
1、當電池電壓UBAT正常時,P-MOSFET Q1的GS電壓為負值(至于負多少,通過電阻R6和D1來計算),使Q1導通;
2、此時電池電壓UBAT是大于UTH1的,所以比較器輸出高電平,三極管Q4導通,使得P-MOSFET的GS也為負值,Q2導通,電池與負載接通。
3、同時,比較器輸出高電平,使N-MOSFET Q3導通,將電阻R3短路,使電路的門限值降為UTH2。這樣電池在供電過程中,即使電壓下降到UTH1以下,只要不低于UTH2,比較器還是輸出高電平,電池與負載還是接通狀態。
4、當電池電壓慢慢下降使電壓低于UTH2時,比較器輸出低電平,三極管Q4截止,P-MOSFET也截止,電池與負載斷開連接。
5、同時,比較器輸出的低電平,也是N-MOSFET Q3截止,電路的門限值恢復至UTH1。
6、這個時候,電池電壓雖然會快速回升(電池特性),但由于達不到UTH1的門限值,所以比較器仍然保持低電平,負載仍然被斷開。只有當電池被充電后電壓升高到UTH1以上才會再次接通負載。這樣避免了整個電路的振蕩,保護了負載和電池。
解釋:
1、雖然絕大多數的比較器中都有滯回電路,但通常內部滯回電壓(UTH1-UTH2)只有5mV到10mV,根本不可能用于電池的過放電保護。
2、本例圖中,利用比較器的輸出控制N-MOSFET的導通和關斷,自動調節比較電壓的參考值,使電池電壓在不同的區間時,被比較的門限電壓在UTH1和UTH2之間轉化。
3、比較門限值的計算。
(1)、當比較器輸出低電平,N-MOSFET截止時,此時的門限電壓為UTH1:
(2)、當比較器輸出高電平,N-MOSFET導通時,此時的門限電壓為UTH2:
注:其中2.5V為穩壓管電壓。
4、比較器3腳的電壓由電池電壓決定,當電池電壓隨著給負載供電,該電壓值會發生變化,也可以理解為R4,R5采樣電池電壓與門限值進行比較。
注意:
在實際的電池供電系統中,要盡量做到低功耗,所以本電路中的穩壓管,和比較器盡量選取低功耗器件。
電池過放電保護電路2
本例電路是另外一種常見的遲滯比較器的應用電路。應用在車充電瓶/電池等這些過放保護場合。當電瓶電壓下降到相應的門限時,繼電器釋放,負載模塊電路失去電源;同時當電瓶電壓充電上升到相應的門限時,繼電器吸合,負載模塊得電。
從功能上看,與之前的電池過放保護電路非常相似。但本例是通過電阻正反饋來形成遲滯比較器的兩個門限。具體過程請往下看
整個電路的工作原理:
本例電路可分為兩個部分:
一是由LM2903和外圍元件組成的遲滯比較器電路;
二是由三極管Q1,繼電器K1組成的開關電路;
其中電阻R2為LM2903的外部上拉電阻,其內部結構為OC門。
比較器的同相端通過分壓電阻檢測電池電壓;反相端接有一個穩壓管,保持它的基準電壓為2.5V。
我們假設遲滯比較器的上下兩個門限分別為UTH1和UTH2。
1、當電池電壓充電,比較器的同相端電壓慢慢上升,當上升到UTH1時,比較器輸出高電平,三極管Q1導通,繼電器線圈有電流通過,繼電器吸合,負載模塊被通電。
2、當電池電壓放電,比較器的同相端電壓慢慢下降,使其電壓下降到另一個門限UTH2時,比較器翻轉輸出低電平,三極管Q1截止,繼電器釋放,負載模塊失去電源。
整個電路就是上述工作過程,本例重點在于理解正反饋R6的作用。
解釋:
1、二極管D1和電容C1起到一個電池在充電時抑制電壓波動的作用,使波形變得平滑。
2、電阻R5和D3為比較電路的基準源;
3、電阻R1,可調電阻R7和電阻R4組成一個采樣電路,采樣電池電壓比與基準電壓進行比較。
4、電阻R6為正反饋電阻,起到加速比較器翻轉的作用,同時形成遲滯的效果。從而產生兩個門限值。
加速比較器翻轉的理解過程:
當電池電壓上升,使同相端電壓大于反相端電壓時,比較器的輸出開始翻轉,即從0上升至1的過程,當比較器的輸出電壓超過同相端電壓時,輸出就會通過反饋電阻R6向同相端“注入”電流,使同相端電壓進一步增加,這樣就促進輸出的電壓進一步上升更快,這樣又促使通過反饋電阻R6向同相端“注入”更多電流,如此循環,使比較器輸出完成由“0”到“1”的轉換。假如沒有R6,比較器的轉換速度將變的慢一些,相比而言,反饋電阻R6就加速了比較器輸出翻轉。
反過來電池電壓下降也是一樣,通過電阻R6從同相端“拉出”電流,使比較器加速輸出完成由“1”到“0”的轉換。
形成遲滯效果的理解過程:
當比較器輸出低電平時,電阻R6可以看成是和電阻R4以及R7的部分電阻“并聯”,“并聯”后的電阻要變小,所以電池電壓需要比不加反饋電阻R6時要高一些才能使比較器翻轉輸出高電平,這就是上限門限值UTH1;當比較器輸出高電平時,電阻R6可以看出是和電阻R1以及R7的部分電阻“并聯”,同樣“并聯”后的電阻要變小,所以電池電壓需要比不加反饋電阻R6時要低一些才能使比較器翻轉輸出低電平,這就是下限門限值UTH2。
上限值和下限值的差,即UTH1-UTH2稱為回差。通過上面對電阻R6的分析,大家應該知道如果要調整門限值,該怎么調節電路參數吧。其中R6阻值的大小,直接影響“并聯”后的阻值,R6的阻值越大,“并聯”后的電阻越接近原有的電阻值,即反饋影響就越小,回差越小;反之R6的阻值越小,回差越大。
5、電阻R2和R3形成三極管Q1的基極偏置電路,所以三極管Q1的工作狀態受這兩個電阻控制。
注意:
實際制作時,要根據電池的過放保護電壓,電池滿電壓來調節電路參數。
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