CN203218872U - 基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，主控电路通过电池电压采集电路、充电电流采集电路、放电电流采集电路来获取电池电压、充电电流、放电电流，再对以上参数进行判断，进而控制充放电开关，实现对电池充放电的控制，电池通过电压转换电路为主控电路供电。本实用新型所采用的主控电路内部包含两个运算放大器，可以对采集的充放电电流进行放大处理，在读入主控电路的A/D，节省外部电路的器件，电路简单，功耗低，通过主控电路实现对电池充放电的精准控制防止电池出现过充及过放的现象，确保镍氢电池的安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子领域，特别是一种充电保护电路。
背景技术
充电电池的广泛应用解决了一次性电池使用寿命短、浪费资源、废弃电池难处理等问题，但是对充电电池进行充电的时候仍会出现两点问题：一是充电设备结构复杂、电路繁琐、功耗大；二是长时间充电会造成电池和充电设备发热，造成安全隐患。
发明内容
为解决以上问题，本实用新型设计一种由单片机来控制镍氢电池充放电的低功耗电池保护电路。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，包括充电部分、放电部分、信息处理部分，其中所述充电部分由电源接入单元、充电电路、充电开关电路、充电电流采集电路组成；放电部分由放电电路、放电开关电路、放电电流采集电路组成；信息处理部分由电池、电压采集电路、电压转换电路、主控电路组成，其特征在于，所述电源接入单元、充电电路、充电控制开关电路、电池、放电控制开关电路、放电电路依次顺序相连，所述充电电流采集电路与充电电路和电池相连，放电电流采集电路与放电电路和电池相连，电池分别与电压转换电路、电压采集电路相连，主控电路分别与充电控制开关电路、放电控制开关电路、充电电流采集电路、放电电流采集电路、电压采集电路、电压转换电路相连。
所述的电源接入单元的电源接入端子J1的3、4脚相连接入电源的正极，J1的1、2脚相连接入电源的负极作为整个电路的参考地。电解电容C1的正极、贴片电容C2的一端接到J1的3、4脚作为充电
电路的输入端VIN，C1的负极、C2的另一端接参考地；所述充电电路的N沟道MOS管Q1的D极接VIN，S极与电感L1的一端、二极管D1的负极相连，G极接入PWM信号来控制MOS管的开关；D1的正极接到参考地；L1的另一端与贴片电容C3的一端相连，作为充电电路的正极输出端；C3的另一端接参考地。
所述的充电开关电路的电阻R1的一端与P沟道MOS管Q2的S极、充电电路正极输出端相连，R1的另一端与电阻R2相连；R2的另一端接到NPN三极管Q4的集电极；Q2的G极接到R1、R2相连接端，D极与R3的一端、电池的正极相连；R3的另一端接参考地；Q4的发射极接参考地，Q4的基极接到主控电路的I/O端口RC0。
所述的充电电流采集电路的采样电阻RS1一端接到电池负极，另一端接参考地，从电池负极采集到的电压信号VI接入主控电路的运算放大器1的正向输入端OPA1+，经过运算放大器的放大、RC滤波，读入主控电路的A/D输入端AN0。
所述的放电控制开关电路的二极管D2的负极、电阻R4的一端、P沟道MOS管Q3的S极相连；R4的另一端与电阻R5相连；R5的另一端连NPN三极管Q5的集电极；Q5的发射极接参考地，基极连到主控电路的I/O端口RC1；Q3的G极连到R4、R5的连接端，Q3的D极、电阻R6的一端连到放电负载电阻RL的一端；R6的另一端接参考地。
所述的放电电路的二极管D2的正极连到电池的正极，D2的负极接到放电控制开关电路的电阻R4的一端；经过放电控制电路，放电负载电阻RL的一端接电阻R6的一端，RL的另一端接电阻RS2的一端。
所述的放电电流采集电路的采样电阻RS2的一端接负载电阻RL的一端，RS2的另一端接电池的负极，从负载电阻RL与采样电阻RS2连接处采集的电压信号VO接入主控电路的运算放大器2的正向输入端OPA2+，经过运算放大器的放大、RC滤波后读入主控电路的A/D输入端AN12。
所述的电压采集电路的电阻R7的一端接电池的正极，R7的另一端接电阻R12；电阻R12的另一端接电池的负极；贴片电容C9并联到电阻R12的两端；从R7与R12连接处采集到的电压信号VBAT接入主控电路的A/D输入端AN2。
所述的电压转换电路的电解电容C5的正极、贴片电容C6的一端、电压转换器IC2的第3脚接电池的正极；C5的负极、C6的另一端、IC2的第2脚接参考地；电解电容C7的正极、贴片电容C8的一端接IC2的+5V输出端，C7的负极、C8的另一端接参考地；IC2的+5V输出端接到主控电路的供电端VDD。
所述的主控电路的单片机IC1的第8、19脚接参考地；第20脚接由电压转换电路提供的+5V供电电压；第9、10脚接晶振Y1，晶振的每一端各接入一个贴片电容C11、C12，C11、C12的另一端接参考地；IC1的第12脚RC0、上拉电阻R8的一端、充电控制开关电路Q4的基极相连，R8的另一端接+5V；IC1的第13脚RC1、上拉电阻R9的一端、放电控制开关电路Q5的基极相连，R9的另一端接+5V；IC1的第1脚接程序写入端子J2的第1脚；IC1的第27、28脚分别接程序写入端子J2的第5、4脚；程序写入端子J2的第3脚接参考地，第2脚接+5V，第1脚通过电阻R18接+5V；电阻R17的一端接J2的第1脚，另一端接贴片电容C15；C15的另一端接参考地；单片机IC1内部含有两个运算放大器OPA1、OPA2，IC1的第6脚是OPA1的正向输入端OPA1+，接充电电流采集电路采集的电压信号VI；IC1的第7脚OPA1-接电阻R13、R14、贴片电容C10；电阻R14的另一端接参考地；R13与C10并联的另一端接IC1的第3脚OPA1OUT、电阻R10；R10的另一端接IC1的第2脚AN0、贴片电容C4；C4的另一端接参考地；IC1的第4脚AN2接电池电压采集信号VBAT；IC1的第24脚OPA2+接放电电流采集电路采集的电压信号VO；IC1的第23脚OPA2-接电阻R11、R15、贴片电容C13的一端；R11的另一端接参考地；R15、C13并联的另一端接IC1的第22脚OPA2OUT、电阻R16；电阻R16的另一端接贴片电容C14、IC1的第21脚AN12；C14的另一端接参考地。
本实用新型基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路所采用的主控芯片IC1的内部包含两个运算放大器，可以对采集的充放电电流进行放大处理，在读入主控电路的A/D，节省了外部电路的器件，电路简单，功耗低，通过单片机实现对电池充放电的精准控制防止电池出现过充及过放的现象，确保镍氢电池的安全。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型所述的充电部分及电池的电路原理图；
图3是本实用新型所述放电部分及电池的电路原理图；
图4是本实用新型所述电池电压采集电路的电路原理图；
图5是本实用新型所述主控电路的电路原理图；
图6是本实用新型所述电池电压转换电路原理图；
具体实施方式：
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型是如何实现的。
如图1所示，一种基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，包括充电部分、放电部分、信息处理部分，其中所述充电部分由电源接入单元、充电电路、充电开关电路、充电电流采集电路组成；放电部分由放电电路、放电开关电路、放电电流采集电路组成；信息处理部分由电池、电压采集电路、电压转换电路、主控电路组成，其特征在于，所述电源接入单元、充电电路、充电控制开关电路、电池、放电控制开关电路、放电电路依次顺序相连，所述充电电流采集电路与充电电路和电池相连，放电电流采集电路与放电电路和电池相连，电池分别与电压转换电路、电压采集电路相连，主控电路分别与充电控制开关电路、放电控制开关电路、充电电流采集电路、放电电流采集电路、电压采集电路、电压转换电路相连。
如图2所示，电源接入端子J1的3、4脚相连接入电源的正极，J1的1、2脚相连接入电源的负极作为整个电路的参考地。电解电容C1的正极、贴片电容C2的一端接到J1的3、4脚作为充电电路的输入端VIN，C1的负极、C2的另一端接参考地。
充电电路输入端的N沟道MOS管Q1的D极接VIN，S极与电感L1的一端、二极管D1的负极相连，G极接入PWM信号来控制MOS管的开关；D1的正极接到参考地；L1的另一端与贴片电容C3的一端相连，作为充电电路的正极输出端；C3的另一端接参考地。
充电开关电路的输入端电阻R1的一端与P沟道MOS管Q2的S极、充电电路正极输出端相连，R1的另一端与电阻R2相连；R2的另一端接到NPN三极管Q4的集电极；Q2的G极接到R1、R2相连接端，D极与R3的一端、电池的正极相连；R3的另一端接参考地；Q4的发射极接参考地，Q4的基极接到主控电路的I/O端口RC0。
充电电流采集电路输入端采样电阻RS1一端接到电池负极，另一端接参考地，从电池负极采集到的电压信号VI接入主控电路的运算放大器1的正向输入端OPA1+，经过运算放大器的放大、RC滤波，读入主控电路的A/D输入端AN0。
如图3所示，放电控制开关电路输入端电阻R4的一端、P沟道MOS管Q3的S极与二极管D2的负极相连；R4的另一端与电阻R5相连；R5的另一端连NPN三极管Q5的集电极；Q5的发射极接参考地，基极连到主控电路的I/O端口RC1；Q3的G极连到R4、R5的连接端，Q3的D极、电阻R6的一端连到放电负载电阻RL的一端；R6的另一端接参考地。
放电电路的二极管D2的正极连到电池的正极，D2的负极接到放电控制开关电路的电阻R4的一端；经过放电控制电路，放电负载电阻RL的一端接电阻R6的一端，RL的另一端接电阻RS2的一端。
放电电流采集电路输入端采样电阻RS2的一端接负载电阻RL的一端，RS2的另一端接电池的负极，从负载电阻RL与采样电阻RS2连接处采集的电压信号VO接入主控电路的运算放大器2的正向输入端OPA2+，经过运算放大器的放大、RC滤波后读入的A/D输入端AN12。
如图4所示，电压采集电路的电阻R7的一端接电池的正极，R7的另一端接电阻R12；电阻R12的另一端接电池的负极；贴片电容C9并联到电阻R12的两端；从R7与R12连接处采集到的电压信号VBAT接入主控电路的A/D输入端AN2。
如图5所示，主控电路的单片机IC1的第8、19脚接参考地；第20脚接由电压转换电路提供的+5V供电电压；第9、10脚接晶振Y1，晶振的每一端各接入一个贴片电容C11、C12，C11、C12的另一端接参考地；IC1的第12脚RC0、上拉电阻R8的一端、充电控制开关电路Q4的基极相连，R8的另一端接+5V；IC1的第13脚RC1、上拉电阻R9的一端、放电控制开关电路Q5的基极相连，R9的另一端接+5V；IC1的第1脚接程序写入端子J2的第1脚；IC1的第27、28脚分别接程序写入端子J2的第5、4脚；程序写入端子J2的第3脚接参考地，第2脚接+5V，第1脚通过电阻R18接+5V；电阻R17的一端接J2的第1脚，另一端接贴片电容C15；C15的另一端接参考地；单片机IC1内部含有两个运算放大器OPA1、OPA2，IC1的第6脚是OPA1的正向输入端OPA1+，接充电电流采集电路采集的电压信号VI；IC1的第7脚OPA1-接电阻R13、R14、贴片电容C10；电阻R14的另一端接参考地；R13与C10并联的另一端接IC1的第3脚OPA1OUT、电阻R10；R10的另一端接IC1的第2脚AN0、贴片电容C4；C4的另一端接参考地；IC1的第4脚AN2接电池电压采集信号VBAT；IC1的第24脚OPA2+接放电电流采集电路采集的电压信号VO；IC1的第23脚OPA2-接电阻R11、R15、贴片电容C13的一端；R11的另一端接参考地；R15、C13并联的另一端接IC1的第22脚OPA2OUT、电阻R16；电阻R16的另一端接贴片电容C14、IC1的第21脚AN12；C14的另一端接参考地。
如图6所示，电压转换电路的电解电容C5的正极、贴片电容C6的一端、电压转换器IC2的第3脚接电池的正极；C5的负极、C6的另一端、IC2的第2脚接参考地；电解电容C7的正极、贴片电容C8的一端接IC2的+5V输出端，C7的负极、C8的另一端接参考地；IC2的+5V输出端接到主控电路的供电端VDD。
上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，包括充电部分、放电部分、信息处理部分，其中所述充电部分由电源接入单元、充电电路、充电开关电路、充电电流采集电路组成；放电部分由放电电路、放电开关电路、放电电流采集电路组成；信息处理部分由电池、电压采集电路、电压转换电路、主控电路组成，其特征在于，所述电源接入单元、充电电路、充电控制开关电路、电池、放电控制开关电路、放电电路依次顺序相连，所述充电电流采集电路与充电电路和电池相连，放电电流采集电路与放电电路和电池相连，电池分别与电压转换电路、电压采集电路相连，主控电路分别与充电控制开关电路、放电控制开关电路、充电电流采集电路、放电电流采集电路、电压采集电路、电压转换电路相连。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述电源接入单元中，电源接入端子J1的3、4脚相连接入电源的正极，J1的1、2脚相连接入电源的负极作为整个电路的参考地，电解电容C1的正极、贴片电容C2的一端接到J1的3、4脚作为充电电路的输入端VIN，C1的负极、C2的另一端接参考地；所述充电电路的N沟道MOS管Q1的D极接VIN，S极与电感L1的一端、二极管D1的负极相连，G极接入PWM信号来控制MOS管的开关；D1的正极接到参考地；L1的另一端与贴片电容C3的一端相连，作为充电电路的正极输出端；C3的另一端接参考地。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述充电开关电路中，电阻R1的一端与P沟道MOS管Q2的S极、充电电路正极输出端相连，R1的另一端与电阻R2相连；R2的另一端接到NPN三极管Q4的集电极；Q2的G极接到R1、R2相连接端，D极与R3的一端、电池的正极相连；R3的另一端接参考地；Q4的发射极接参考地，Q4的基极接到主控电路的I/O端口RC0。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述充电电流采集电路中，采样电阻RS1一端接到电池负极，另一端接参考地。
5.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述放电控制开关电路中，二极管D2的负极、电阻R4的一端、P沟道MOS管Q3的S极相连；R4的另一端与电阻R5相连；R5的另一端连NPN三极管Q5的集电极；Q5的发射极接参考地，基极连到主控电路的I/O端口RC1；Q3的G极连到R4、R5的连接端，Q3的D极、电阻R6的一端连到放电负载电阻RL的一端；R6的另一端接参考地。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述放电电路中，二极管D2的正极连到电池的正极，D2的负极接到放电控制开关电路的电阻R4的一端；经过放电控制电路，放电负载电阻RL的一端接电阻R6的一端，RL的另一端接电阻RS2的一端。
7.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述放电电流采集电路中，采样电阻RS2的一端接负载电阻RL的一端，另一端接电池的负极。
8.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述电压采集电路中，电阻R7的一端接电池的正极，R7的另一端接电阻R12；电阻R12的另一端接电池的负极；贴片电容C9并联到电阻R12的两端。
9.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述电压转换电路中，电解电容C5的正极、贴片电容C6的一端、电压转换器IC2的第3脚接电池的正极；C5的负极、C6的另一端、IC2的第2脚接参考地；电解电容C7的正极、贴片电容C8的一端接IC2的+5V输出端，C7的负极、C8的另一端接参考地；IC2的+5V输出端接到主控电路的供电端VDD。
10.根据权利要求1所述的基于单片机的低功耗镍氢电池保护电路，其特征在于，所述主控电路中，单片机IC1的第8、19脚接参考地；第20脚接由电压转换电路提供的+5V供电电压；第9、10脚接晶振Y1，晶振的每一端各接入一个贴片电容C11、C12，C11、C12的另一端接参考地；IC1的第12脚RC0、上拉电阻R8的一端、充电控制开关电路Q4的基极相连，R8的另一端接+5V；IC1的第13脚RC1、上拉电阻R9的一端、放电控制开关电路Q5的基极相连，R9的另一端接+5V；IC1的第1脚接程序写入端子J2的第1脚；IC1的第27、28脚分别接程序写入端子J2的第5、4脚；程序写入端子J2的第3脚接参考地，第2脚接+5V，第1脚通过电阻R18接+5V；电阻R17的一端接J2的第1脚，另一端接贴片电容C15；C15的另一端接参考地；单片机IC1内部含有两个运算放大器OPA1、OPA2，IC1的第6脚是OPA1的正向输入端OPA1+，接充电电流采集电路采集的电压信号VI；IC1的第7脚OPA1-接电阻R13、R14、贴片电容C10；电阻R14的另一端接参考地；R13与C10并联的另一端接IC1的第3脚OPA1OUT、电阻R10；R10的另一端接IC1的第2脚AN0、贴片电容C4；C4的另一端接参考地；IC1的第4脚AN2接电池电压采集信号VBAT；IC1的第24脚OPA2+接放电电流采集电路采集的电压信号VO；IC1的第23脚OPA2-接电阻R11、R15、贴片电容C13的一端；R11的另一端接参考地；R15、C13并联的另一端接IC1的第22脚OPA2OUT、电阻R16；电阻R16的另一端接贴片电容C14、IC1的第21脚AN12；C14的另一端接参考地。
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