CN201004559Y - 一种车载电子设备的备用电池充放电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种车载电子设备的备用电池充放电电路，包括与主电线路相连的充电电路、与备用电池相连的放电电路及过充过放保护电路，所述过充过放保护电路包括用于检测备用电池当前电压的采样电路及将所述当前电压与基准电压进行比较并根据比较结果输出充、放电控制信号的比较电路；所述比较电路与充电电路中的充电开关模块及放电电路中的放电开关模块相连接；所述充电电路还包括与充电开关模块相连的ACC信号输入接口。所述放电电路包括与放电开关模块相连的、用于检测主电工作状态并根据所还主电工作状态输出放电控制信号的主电工作状态检测模块。本实用新型能对备用电池的使用提供很好的保护，并且电路简单、实用。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载电子设备的电源，更具体地说，涉及一种能实现备用电池的充电、放电以及过充过放保护的车载电子设备的备用电池充放电电路。
背景技术
目前，一些重要的车载电子设备(如车载GPS安防终端等)除了由汽车上的电源供电外，还需要在设备内增加备用可充电电池，以便在汽车上提供的主电源被破坏后仍能继续工作一段时间。可充电电池一般都有工作电压范围，不能过度充电和放电。如果将备用电池直接与主电源并联在一起，当主电源正常工作时会长时间对备用电池充电，很容易造成备用电池的过度充电；当主电源被破坏时，备用电池会过度放电，电源降低0V。这样会严重影响备用电池的寿命，而且对车载电子设备的其他元器件也会有损害。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电池电量过充过放的缺陷，提供一种带有过充过放保护电路的车载电子设备的备用电池充放电电路，当汽车启动后可通过电瓶(主电)为备用电池充电，当汽车主电源被破坏时可利用备用电池为车载电子设备供电。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车载电子设备的备用电池充放电电路，包括与主电线路相连的充电电路、与备用电池相连的放电电路及过充过放保护电路，所述过充过放保护电路包括用于检测备用电池当前电压的采样电路及将所述当前电压与基准电压进行比较并根据比较结果输出充、放电控制信号的比较电路；所述比较电路与充电电路中的充电开关模块及放电电路中的放电开关模块相连接；所述充电电路还包括与充电开关模块相连的ACC信号输入接口。
在本实用新型所述的车载电子设备的备用电池充放电电路中，所述放电电路包括与放电开关模块相连的、用于检测主电工作状态并根据所述主电工作状态输出放电控制信号的主电工作状态检测模块。
在本实用新型所述的车载电子设备的备用电池充放电电路中，所述充电开关模块包括PNP三极管Q1、NPN三极管Q2；其中，NPN三极管Q2的基极与所述比较器的充电控制信号输出端及所述ACC信号输入接口相连，射极接地，集电极通过一个电阻R4与PNP三极管Q1的基极相连；PNP三极管Q1的集电极与备用电池相连，射极通过电阻R2及二极管D1与主电线路相连，其中二极管D1的正极端接主电线路。
在本实用新型所述的车载电子设备的备用电池充放电电路中，所述放电开关模块包括NPN三极管Q3及场效应管MOS1；其中，所述NPN三极管Q3的基极与所述比较器的放电控制信号输出端及所述主电工作状态检测模块的放电控制信号输出端相连，射极接地，集电极通过电阻R8与场效应管MOS1的栅极相连；场效应管MOS1的源极与备用电池相连，漏极通过二极管D2与车载电子设备相连，其中二极管D2的正极端接场效应管MOS1的漏极。
在本实用新型所述的车载电子设备的备用电池充放电电路中，所述主电工作状态检测模块包括二极管D3、电阻R10及NPN三极管Q4；其中，二极管D3的正极接主电线路，负极通过电阻R10与NPN三极管Q4的基极相连；三极管Q4的发射极接地，基极与发射极之间连接有电阻R11和电容C1，集电极为放电控制信号输出端。
在本实用新型所述的车载电子设备的备用电池充放电电路中，所述过充过放保护电路中，采样电路包括电阻R12、13及电阻R15、R16；所述比较电路包括双路电压比较器U1以及基准电压提供电路；其中电阻R12、R13串接在备用电池的正极与地之间，R12与R13的相连端接比较器U1的一路正相输入端，电阻R15、R16串接在备用电池的正极与地之间，R15与R16的相连端接比较器U1的另一路正相输入端，基准电压接比较器的反相输入端；比较器U1的第一路输出OUT1为放电控制信号输出端，比较器U1的第二路输出OUT2为充电控制信号输出端。
在本实用新型所述的车载电子设备的备用电池充放电电路中，所述基准电压提供电路包括可控硅U2、电阻R14、电容C2，其中，可控硅U2的正极接地，负极通过电阻R14与电源POW_C相连，控制极与负极连接，电容C2连接在正极与负极之间。
实施本实用新型的车载电子设备的备用电池充放电电路，具有以下有益效果：能对备用电池的使用提供很好的保护，当汽车启动后可通过电瓶(主电)为备用电池充电，当汽车主电源被破坏时可利用备用电池为车载电子设备供电。并且电路简单、实用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型车载电子设备的备用电池充放电电路的结构原理图(虚线框内)，及其与备用电池及车载电子设备连接关系示意图；
图2是本实用新型车载电子设备的备用电池充放电电路实施例的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型适用于12V(或24V)电源供电的车载电子设备备用电池的充放电电路。如图1虚线框所示，它包括充电电路、放电电路以及过充过放保护电路三部分。其中，过充过放保护电路包括采样电路及比较电路，采样电路用于检测备用电池当前电压，比较电路用于将当前电压与基准电压进行比较并根据比较结果输出充、放电控制信号给充电电路中的充电开关模块、放电电路中的放电开关模块。
充电电路中还包括与充电开关模块相连的ACC信号输入接口，用于接收车辆启动或熄火信号，以使充电开关模块在车辆启动后控制对备用电池进行充电或在车辆熄火后停止充电。
放电电路中还包括与放电开关模块相连的主电工作状态检测模块，用于检测主电(电瓶)电源的供电工作状态并根据所述主电工作状态输出放电控制信号，以使放电开关模块在主电被破坏(切断)时，控制备用电池给车载电子设备供电。
本实用新型车载电子设备备用电池的充放电电路工作原理如下：
汽车发动后，充电电路中检测到ACC信号，控制充电开关模块，使得从汽车电瓶上引出的主电开始给车载电子设备的备用电池充电。当汽车熄火时，主电停止给备用电池充电。这样可以防止在汽车停车状态下对电瓶电量的过度消耗。
当备用电池充电达到某个设定电压，既备用电池充电已满时，通过对备用电池电压的分压值与基准电压的比较，使得过充保护电路中比较器的第1路控制输出端输出一个控制电平，停止主电对备用电池的充电。这样可以防止备用电池的过度充电，延长备用电池的寿命。
如果主电被切断，备用电池的放电电路可以通过主电工作状态检测模块的控制，使得备用电池的电流经过一个放电开关模块连到主电线路上给该车载电子设备供电，保证它能继续工作。
当备用电池经过一定时间的放电工作后，电压降低到一定值时，将它的分压值与基准电压比较，使得过充保护电路中比较器的第2路输出端输出一个控制电平，停止备用电池对主电的放电。这样可以避免备用电池的过度放电，延长备用电池的寿命。
如图2所示，在本实用新型的实施例中，充电电路包括二极管D0、二极管D1、PNP三极管Q1、NPN三极管Q2及电阻R2至R6。其中，二极管D0、二极管D1的正极接主电输入端，二极管D0的负极接车载电子设备供电端，二极管D1的负极通过电阻R2与PNP三极管Q1的发射极相连。三极管Q1的集电极接备用电池的正极，基极通过电阻R4与NPN三极管Q2的集电极相连，三极管Q1的射极与基极之间连接有电阻R3；NPN三极管Q2的发射极接地，基极与过充过放保护电路中比较器U1的充电控制信号的输出端OUT2相连，并通过限流电阻R6与ACC信号输入端相连，NPN三极管Q2的射极与基极之间连接有电阻R5。
POWER1为外接主电输入，POWER2为给内部电路供电电源，POWER1与POWER1之间接单向二极管D0。VBAT表示备用电池正极。当汽车发动后，ACC_IN信号线电平为高，电流经过R6限流后，使得三极管Q2的基极电平为高，从而使得Q2的集电极和发射极导通，Q2的集电极电压约0.7V。这时PNP三极管Q1的基极为低电平，发射极电压为高，所以Q1的发射极和集电极导通，主电POWER1经R2和Q1给备用电池VBAT充电。
在本实用新型的实施例中，放电电路由电阻R7、R8、R9、R10、R11，C1，NPN三极管Q3、Q4，二极管D2、D3，PMOS场效应管MOS1组成。其中，二极管D2的负极接车载电子设备的供电端，正极接场效应管MOS1的漏极；场效应管MOS1的源极与备用电池的正极相连，栅极通过电阻R8与三极管Q3的集电极相连，漏极与栅极之间通过电阻R7相连；三极管Q3的发射极接地，基极通过电阻R9与电源POW_C相连。放电电路中的二极管D3、电阻R10及NPN三极管Q4组成主电工作状态检测模块；其中，二极管D3的正极接主电输入端，负极通过电阻R10与NPN三极管Q4的基极相连。三极管Q4的发射极接地，基极与发射极之间并连有电阻R11和电容C1，其集电极为放电控制信号输出端，连接于三极管Q3的基极。
设备正常工作状态下，POWER1线为高电平，Q4的集电极和发射集导通，既Q3的基极被拉低为0.7V，此时Q3处于截止状态，MOS1的栅源极电压相等，MOS1处于截止状态，备用电池不能供电给主电。当主电断掉时，既POWER1线为低电平，Q4截止。此时Q3的基极为高电平，Q3的集电极和发射极导通，此时MOS1的栅极为低电平，源极为高电平，备用电池VBAT处电流经MOS1、D2流到POWER2，给设备供电。MOS1不仅起到开关控制的作用，还有放大电流的作用。
在本实用新型的实施例中，过充过放保护电路由电阻R12、R13、R14、R15、R16，电容C2、C3，双路电压比较器U1，可控硅U2组成。其中电阻R12、R13串接在备用电池的正极与地之间，R12与R13的相连端接比较器U1的一路正相输入端；电阻R15、R16串接在备用电池的正极与地之间，R15与R16的相连端接比较器U1的另一路正相输入端；基准电压接比较器U1的反相输入端；比较器U1的第一路输出OUT1接所述放电电路中三极管Q3的基极，比较器U1的第二路输出OUT2接所述充电电路中三极管Q2的基极。
基准电压提供电路包括可控硅U2、电阻R14、电容C2，其中，可控硅U2的正极接地，负极通过电阻R14与电源POW_C相连，控制极与负极连接，电容C2连接在正极与负极之间。
如图所示，U2提供某设定值为V3的基准电压。假设备用电池电压的下阈值和上阈值分别为VBAT1和VBAT2。V1为备用电池正极电压VBAT的一个分压值，接到比较器U1的一路正相输入端，基准电压V3接到该路比较器的反相输入端。V1＝VBAT1×R13/(R12+R13)，选取适当的R12、R13的阻值，使得V1＝V3。备用电池在放电过程中VBAT不断降低，使得V1的电压值也不断降低。当VBAT＞VBAT0既备用电池电压大于设定的下阈值时，V1＞V3，则比较器U1的OUT1脚输出一个高电平，使得VBAT-LC线为高电平，Q3的集电极和发射极导通，备用电池可继续对外放电；当VBAT≤VBAT1，既备用电池电压小于设定的下阈值时，V1≤V3，则比较器U1的OUT1脚输出一个低电平，使得VBAT-LC线为低电平，Q3的集电极和发射极截止，备用电池停止对外放电。这样就可以防止备用电池的过度放电。
V2也是备用电池正极电压VBAT的一个分压值，接到比较器U1的另一路的反相输入端，基准电压V3接到该路比较器的正相输入端。V2＝VBAT2×R15/(R15+R16)，选取适当的R15、R16的阻值，使得V2＝V3。备用电池在充电过程中VBAT不断增加，使得V2的电压值也不断增加。当V2≥V3时，既备用电池的电压VBAT大于其上阈值VBAT2，这时比较器U1的引脚OUT2会由高电平变为低电平，控制信号线VBAT-HC为低电平，Q1和Q2都截止，主电停止给备用电池充电。这样就可以防止备用电池的过充。
下面举一个实施例来说明备用电池的过充过放保护电路。以12V供电的汽车为例，假设12V备用电池电压的下阈值和上阈值分别为VBAT1＝8V和VBAT2＝13.1V，既备用电池的充放电使用应保持在上述电压范围内。选取钳位电压为2.5V的可控硅，取R12＝22K，R13＝10K.，当VBAT＝8V时，算得V1＝2.5V；当VBAT＜8V时，VBAT-LC为低电平，备用电池停止放电；取R15＝12K，R16＝51K，当VBAT＝13.1V时，算得V2＝2.5V，当VBAT＞13.1V时，VBAT-HC为低电平，主电停止给备用电池充电。
Claims (7)
1、一种车载电子设备的备用电池充放电电路，包括与主电线路相连的充电电路、与备用电池相连的放电电路及过充过放保护电路，其特征在于，所述过充过放保护电路包括用于检测备用电池当前电压的采样电路及将所述当前电压与基准电压进行比较并根据比较结果输出充、放电控制信号的比较电路；所述比较电路与充电电路中的充电开关模块及放电电路中的放电开关模块相连接；所述充电电路还包括与充电开关模块相连的ACC信号输入接口。
2、根据权利要求1所述的备用电池充放电电路，其特征在于，所述放电电路包括与放电开关模块相连的、用于检测主电工作状态并根据所述主电工作状态输出放电控制信号的主电工作状态检测模块。
3、根据权利要求2所述的备用电池充放电电路，其特征在于，所述充电开关模块包括PNP三极管Q1、NPN三极管Q2；其中，NPN三极管Q2的基极与所述比较器的充电控制信号输出端及所述ACC信号输入接口相连，射极接地，集电极通过一个电阻R4与PNP三极管Q1的基极相连；PNP三极管Q1的集电极与备用电池相连，射极通过电阻R2及二极管D1与主电线路相连，其中二极管D1的正极端接主电线路。
4、根据权利要求2所述的备用电池充放电电路，其特征在于，所述放电开关模块包括NPN三极管Q3及场效应管MOS1；其中，所述NPN三极管Q3的基极与所述比较器的放电控制信号输出端及所述主电工作状态检测模块的放电控制信号输出端相连，射极接地，集电极通过电阻R8与场效应管MOS1的栅极相连；场效应管MOS1的源极与备用电池相连，漏极通过二极管D2与车载电子设备相连，其中二极管D2的正极端接场效应管MOS1的漏极。
5、根据权利要求4所述的备用电池充放电电路，其特征在于，所述主电工作状态检测模块包括二极管D3、电阻R10及NPN三极管Q4；其中，二极管D3的正极接主电线路，负极通过电阻R10与NPN三极管Q4的基极相连；三极管Q4的发射极接地，基极与发射极之间连接有电阻R11和电容C1，集电极为放电控制信号输出端。
6、根据权利要求2所述的备用电池充放电电路，其特征在于，所述过充过放保护电路中，采样电路包括电阻R12、13及电阻R15、R16；所述比较电路包括双路电压比较器U1以及基准电压提供电路；其中电阻R12、R13串接在备用电池的正极与地之间，R12与R13的相连端接比较器U1的一路正相输入端，电阻R15、R16串接在备用电池的正极与地之间，R15与R16的相连端接比较器U1的另一路正相输入端，基准电压接比较器的反相输入端；比较器U1的第一路输出OUT1为放电控制信号输出端，比较器U1的第二路输出OUT2为充电控制信号输出端。
7、根据权利要求6所述的备用电池充放电电路，其特征在于，所述基准电压提供电路包括可控硅U2、电阻R14、电容C2，其中，可控硅U2的正极接地，负极通过电阻R14与电源POW_C相连，控制极与负极连接，电容C2连接在正极与负极之间。
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