鋰電池防爆電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池防爆電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鋰電池憑借其卓越的性能被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品，鋰電池的電池容量不斷增大，體積不斷減小，但鋰電池易燃易爆帶來的電池安全性問題也越來越引起人們的關(guān)注，尤其是應(yīng)用于易燃易爆環(huán)境中使用的電子設(shè)備時(shí)的場景。
[0003]現(xiàn)有的用于鋰電池充放電管理的基本保護(hù)電路的短路電流較大(達(dá)幾十安培)，短路保護(hù)響應(yīng)時(shí)間較長(100微妙以上)，無法達(dá)到本安防爆短路電壓/電流在12V/5A以下的標(biāo)準(zhǔn)；因此，現(xiàn)有的鋰電池?zé)o法應(yīng)用于煤礦、石油、化工及紡織等易燃易爆場景。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種鋰電池防爆電路，能夠精確、快速地進(jìn)行短路保護(hù)。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種鋰電池防爆電路，包括:至少一級(jí)短路保護(hù)電路，各級(jí)所述短路保護(hù)電路為級(jí)聯(lián)關(guān)系；其中，每級(jí)所述短路保護(hù)電路包括:穩(wěn)壓管、三極管、場效應(yīng)管、吸收電容、加速電容、限流電阻、驅(qū)動(dòng)電阻、第一偏置電阻、恢復(fù)電阻、吸收電阻、第二偏置電阻、阻尼電阻及檢測電阻；
[0006]其中，所述限流電阻的第一端和所述驅(qū)動(dòng)電阻的第一端都連接至本級(jí)短路保護(hù)電路的輸入正極端和所述本級(jí)短路保護(hù)電路的輸出正極端，所述限流電阻的第二端連接所述穩(wěn)壓管的負(fù)端和所述第一偏置電阻的第一端，所述穩(wěn)壓管的正端、所述恢復(fù)電阻的第一端、所述吸收電阻的第一端、所述三極管的發(fā)射極和所述場效應(yīng)管的源極連接至所述本級(jí)短路保護(hù)電路的輸入負(fù)極端，所述三極管的基極連接至所述第一偏置電阻的第二端、所述第二偏置電阻的第一端和所述加速電容的第一端，所述驅(qū)動(dòng)電阻的第二端分別連接至所述阻尼電阻的第一端和所述場效應(yīng)管的柵極，所述阻尼電阻的第二端連接至所述三極管的集電極，所述吸收電阻的第二端連接所述吸收電容的第一端，所述場效應(yīng)管的漏極分別連接至所述吸收電容的第二端、所述恢復(fù)電阻的第二端及所述檢測電阻的第一端，所述檢測電阻的第二端分別連接至所述第二偏置電阻的第二端、所述加速電容的第二端和所述本級(jí)短路保護(hù)電路的輸出負(fù)極端。
[0007]可選地，所述至少一級(jí)短路保護(hù)電路包括:第一級(jí)短路保護(hù)電路和第二級(jí)短路保護(hù)電路；其中，所述第一級(jí)短路保護(hù)電路的輸出正極端連接所述第二級(jí)短路保護(hù)電路的輸入正極端，所述第一級(jí)短路保護(hù)電路的輸出負(fù)極端連接所述第二級(jí)短路保護(hù)電路的輸入負(fù)極端。
[0008]可選地，所述鋰電池防爆電路還包括:用于管理鋰電池充放電的基本保護(hù)電路；其中，所述基本保護(hù)電路的輸出正極端連接所述第一級(jí)短路保護(hù)電路的輸入正極端，所述基本保護(hù)電路的輸出負(fù)極端連接所述第一級(jí)短路保護(hù)電路的輸入負(fù)極端。
[0009]可選地，所述三極管為NPN型三極管，所述場效應(yīng)管為N型場效應(yīng)管。
[0010]可選地，所述三極管為PNP型三極管，所述場效應(yīng)管為P型場效應(yīng)管。
[0011]可選地，所述場效應(yīng)管為金屬氧化層半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET。
[0012]本實(shí)用新型的鋰電池防爆電路中通過穩(wěn)壓電路為三極管的基極施加正向偏置電壓，當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，所述正向偏置電壓疊加短路電流在檢測電阻上產(chǎn)生的壓降促使三極管迅速導(dǎo)通，進(jìn)而使場效應(yīng)管立即關(guān)斷，從而能夠精確、快速地進(jìn)行短路保護(hù)，并且短路能量滿足本安防爆電路的標(biāo)準(zhǔn)要求，從而采用本實(shí)施例的鋰電池防爆電路的鋰電池亦可應(yīng)用于煤礦、石油、化工及紡織等易燃易爆場景。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1為本實(shí)用新型鋰電池防爆電路實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2A為本實(shí)用新型鋰電池防爆電路實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0016]圖2B為本實(shí)用新型鋰電池防爆電路實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖二。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0018]圖1為本實(shí)用新型鋰電池防爆電路實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例的鋰電池防爆電路包括:至少一級(jí)短路保護(hù)電路，各級(jí)所述短路保護(hù)電路為級(jí)聯(lián)關(guān)系(圖1以包括一級(jí)短路保護(hù)電路為例)；其中，每級(jí)所述短路保護(hù)電路包括:穩(wěn)壓管D1、三極管Q1、場效應(yīng)管Q2、吸收電容C2、加速電容Cl、限流電阻R1、驅(qū)動(dòng)電阻R2、第一偏置電阻R3、恢復(fù)電阻R4、吸收電阻R5、第二偏置電阻R6、阻尼電阻R7及檢測電阻R8 ;其中，所述限流電阻Rl的第一端和所述驅(qū)動(dòng)電阻R2的第一端都連接至本級(jí)短路保護(hù)電路的輸入正極端(V+)和所述本級(jí)短路保護(hù)電路的輸出正極端(P+)，所述限流電阻Rl的第二端連接所述穩(wěn)壓管Dl的負(fù)端和所述第一偏置電阻R3的第一端，所述穩(wěn)壓管Dl的正端、所述恢復(fù)電阻R4的第一端、所述吸收電阻R5的第一端、所述三極管Ql的發(fā)射極和所述場效應(yīng)管Q2的源極連接至所述本級(jí)短路保護(hù)電路的輸入負(fù)極端(V-)，所述三極管Ql的基極連接至所述第一偏置電阻R3的第二端、所述第二偏置電阻R6的第一端和所述加速電容Cl的第一端，所述驅(qū)動(dòng)電阻R2的第二端分別連接至所述阻尼電阻R7的第一端和所述場效應(yīng)管Q2的柵極，所述阻尼電阻R7的第二端連接至所述三極管Ql的集電極，所述吸收電阻R5的第二端連接所述吸收電容C2的第一端，所述場效應(yīng)管Q2的漏極分別連接至所述吸收電容C2的第二端、所述恢復(fù)電阻R4的第二端及所述檢測電阻R8的第一端，所述檢測電阻R8的第二端分別連接至所述第二偏置電阻R6的第二端、所述加速電容Cl的第二端和所述本級(jí)短路保護(hù)電路的輸出負(fù)極端(P-) O
[0019]其中，所述穩(wěn)壓管Dl用于使三極管Ql的基極電壓穩(wěn)定偏置；所述三極管Ql為短路電流快速檢測器件；所述場效應(yīng)管Q2為短路快速保護(hù)執(zhí)行開關(guān)(需要低導(dǎo)通電阻和高耐壓)；限流電阻Rl用于向穩(wěn)壓管Dl提供穩(wěn)定的工作電流，阻值取決于電壓基準(zhǔn)工作電流(可選地，Rl的阻值為IK Ω);驅(qū)動(dòng)電阻R2為所述場效應(yīng)管Q2的柵極驅(qū)動(dòng)電阻，為了使所述場效應(yīng)管Q2在短路保護(hù)時(shí)徹底關(guān)閉，其阻值要遠(yuǎn)大于阻尼電阻R7 (可選地，R2的阻值為330Ω);第一偏置電阻R3和第二偏置電阻R6為三極管Ql的基極偏置電阻，保持三極管Ql的基極合理正向偏置(可選地，R3和R6的阻值較大，如R3的阻值為2ΚΩ，R6的阻值為1ΚΩ);恢復(fù)電阻R4用于在負(fù)載短路解除后，使所述短路保護(hù)電路可恢復(fù)供電(可選地，R4的阻值為110 Ω );吸收電阻R5和吸收電容C2構(gòu)成了場效應(yīng)管Q2的漏-源電壓尖峰吸收電路(可選地，R5的阻值為3 Ω，C2的電容值為0.1uF);加速電容Cl用于當(dāng)負(fù)載正極和負(fù)極短路時(shí)，迅速使三極管Ql進(jìn)入飽和區(qū)(可選地，Cl的取值為InF);阻尼電阻R7用于控制場效應(yīng)管Q2的柵極關(guān)斷速度，且影響所述場效應(yīng)管Q2關(guān)斷瞬間的漏-源電壓(可選地，R7的阻值為33 Ω);檢測電阻R8用于在負(fù)載短路瞬間產(chǎn)生壓降，驅(qū)動(dòng)三極管Ql飽和導(dǎo)通，從而快速關(guān)斷場效應(yīng)管Q2。
[0020]可選地，所述三極管為NPN型三極管，相應(yīng)地，所述場效應(yīng)管為N型場效應(yīng)管；或者，所述三極管為PNP型三極管，相應(yīng)地，所述場效應(yīng)管為P型場效應(yīng)管。本實(shí)施例的圖1中，僅示出以三極管為NPN型三極管且場效應(yīng)管為N型場效應(yīng)管為例的情況，其他情況與此類似，此處不再贅述。
[0021]可選地，所述場效應(yīng)管為金屬氧化層半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，簡稱 MOSFET)。
[0022]本實(shí)施例的鋰電池防爆電路在正常工作時(shí)(即負(fù)載未發(fā)生短路)，三極管Ql處于斷開狀態(tài)，場效應(yīng)管Q2處于閉合狀態(tài)(即漏源極間導(dǎo)通)。其中，限流電阻Rl和穩(wěn)壓管Dl構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓管Dl的負(fù)端的電位為額定值VKrf;當(dāng)負(fù)載電流為O時(shí)，Vltef被第一偏置電阻R3和第二偏置電阻R6分壓，施加正向偏置在三極管Ql的基極上，正向偏置電壓VbeO= VKef*R6/(R6+R3)(該正向偏置電壓小于所述三極管Ql的導(dǎo)通電壓)；當(dāng)檢測電阻R8上通過負(fù)載短路電流I時(shí)，產(chǎn)生一定的壓降Vdmp= I*R8 ;因此，此刻施加在三極管Ql基極的電壓Vbe為所述正向偏置電壓和所述檢測電阻壓降的疊加，如式(I)和式(2)所示:
[0023]Vbe= V Kef*R6/ (R6+R3) +VDrop*R3/ (R6+R3) (I)
[0024]Vbe= V Kef*R6/ (R6+R3) +I*R8*R3/ (R6+R3) (2)
[0025]當(dāng)三極管Ql基極的電壓Vbe達(dá)到基極PN結(jié)的勢皇電壓時(shí)(即所述三極管Ql的導(dǎo)通電壓，如Vpn= 0.65V)，三極管Ql導(dǎo)通，三極管Ql的集電極電壓迅速降低，場效應(yīng)管Q2的柵極電壓也隨之降低，當(dāng)下降到所述場效應(yīng)管Q2的導(dǎo)通電壓時(shí)，場效應(yīng)管Q2斷開(即漏源極之間斷開，回路電流被切斷)，負(fù)載短路電流被切斷；實(shí)現(xiàn)了快速短路保護(hù)，并且短路能量滿足本安防爆電路的標(biāo)準(zhǔn)要求，從而采