適用于多種電壓等級的蓄電池過放電保護(hù)電路

1、適用于多種電壓等級的蓄電池過放電保護(hù)電路為保證無人值守的設(shè)備(比如考勤機(jī)等)在斷電后仍能運(yùn)行，通常要加入蓄電池作為后備電源。在電網(wǎng)斷電后，后備電池開頭對設(shè)備舉行供電。這時(shí)，必需設(shè)置電池過放電庇護(hù)。最容易的電池庇護(hù)是設(shè)置一個(gè)庇護(hù)門限，當(dāng)電池電壓降到這個(gè)門限值之后，自動(dòng)斷開回路，停止對負(fù)載供電。但因?yàn)樨?fù)載被斷開之后，電池端電壓會(huì)快速上升至門限電壓以上，于是電池又被重新接入電路給負(fù)載供電，此后會(huì)重復(fù)“斷開一接通一斷開一接通”的振蕩過程，直到電池徹底耗盡。這對電池的壽命會(huì)產(chǎn)生很大的影響，甚至損壞電池。所以，必需設(shè)計(jì)一種帶有滯回功能的自動(dòng)庇護(hù)電路。目前市場上有一些現(xiàn)成的電池庇護(hù)芯片可以應(yīng)用，但這些芯片多

2、應(yīng)用于鋰電池的庇護(hù)，電壓等級多集中在5v左右。在一些電壓等級較高的蓄電池應(yīng)用中，例如，10v至50v的供電系統(tǒng)可能就無法應(yīng)用。本文提供了一種容易有效的帶有滯回區(qū)的電池庇護(hù)電路，可以設(shè)置兩個(gè)電壓門限，避開產(chǎn)生振蕩，又由于這兩個(gè)門限可以通過隨意設(shè)置，因此能夠應(yīng)用到幾十伏的電池系統(tǒng)中。1 庇護(hù)原理1(a)所示，假設(shè)電池電壓為ubat，系統(tǒng)只設(shè)置一個(gè)庇護(hù)門限電壓uth。則當(dāng)電池電壓低于uth時(shí)，比較電路輸出低電平，負(fù)載被斷開。但因?yàn)樨?fù)載的移除，電池端電壓快速升高至uth以上，重新輸出高電平，負(fù)載又被接入，從而形成振蕩。但假如在比較電路中設(shè)置兩個(gè)門限電壓：uthh和uthl(uthhuthl)，則可以形

3、成一個(gè)滯回區(qū)，1(b)所示。當(dāng)電池電壓從低上升至uthh時(shí)，比較器輸出高電平，打開開關(guān)，給負(fù)載供電；當(dāng)電池電壓降低至uthl時(shí)，比較器輸出低電平，斷開負(fù)載。這個(gè)時(shí)候電池端電壓雖然會(huì)快速上升至uthl以上，但因?yàn)檫_(dá)不到uthh，所以，比較器仍然輸出低電平，負(fù)載仍被斷開，直到電池被充電后電壓上升至uthh以上才干再次接通負(fù)載。這樣就避開了電路的振蕩，庇護(hù)了負(fù)載和電池。雖然絕大多數(shù)比較器中都帶有滯回電路，但通常內(nèi)部滯回電路的滯回電壓(即uthh一uthl)僅為5mv到10mv，根本不能用于過放電庇護(hù)。圖2(a)電路中利用比較器的輸出反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整比較電壓的參考值，使輸入電壓在不同的區(qū)間時(shí)，被比較的門限

4、電壓在uthh和uthl之間轉(zhuǎn)化。圖2(b)給出了輸入信號(hào)變幻時(shí)的輸出響應(yīng)，利用比較器的輸出信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)，當(dāng)output為高時(shí)，電池被接入系統(tǒng)，當(dāng)output為低時(shí)，負(fù)載被斷開。當(dāng)電池電壓ubat較低時(shí)，比較器輸出低電平，使vt截止，此時(shí)的門限電壓為：直到電池電壓urat高于uthh時(shí)比較器才輸出高電平，負(fù)載才干被接通，同時(shí)vt被導(dǎo)通，r3近似被短路，門限電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)為：此后，即使電池電壓低于uthh，但只要仍高于uthl，電池就向來處于輸出狀態(tài)，直到電壓降低至uthl后，output為低電平，負(fù)載被斷開。同時(shí)，vt變?yōu)榻刂?，門限電壓重新轉(zhuǎn)化為uthh，雖然負(fù)載的移除使電池端電壓升高，但

5、因?yàn)槿缘陀趗thh，負(fù)載不會(huì)重新被接通。這樣就有效的庇護(hù)了電池，延伸了電池的用法壽命。2 硬件電路式(1)和式(2)是理論上的公式，事實(shí)上，為了將上述的滯回原理應(yīng)用于實(shí)際的電池系統(tǒng)，還要考慮一個(gè)參考電壓的問題。參考電壓uref是不能變的，否則上下電壓門限就會(huì)發(fā)生變幻。而且參考電壓是由電池電壓供電產(chǎn)生的，它必需比電池電壓低的多，而且功耗微小。圖3是詳細(xì)的硬件，參考電壓由lm285z一25分流穩(wěn)壓器產(chǎn)生，它最低只需要10a的通過就可輸出穩(wěn)定的25v參考電壓，這可大大降低電池在低壓閉鎖狀態(tài)的功耗。比較器選用了st公司ts393i，它是一種微功耗比較器，這樣，全部分壓電阻的阻值可以選的很大，進(jìn)一步降低

6、了功耗。比較器的輸出控制p溝道的、vt3接通或斷開負(fù)載。當(dāng)電池電壓降低到一定程度時(shí)vt2關(guān)斷，使得由比較器組成的庇護(hù)電路與電池?cái)嚅_，極大地減小的電池的能量消耗，電池處于一種近似自然放電的狀態(tài)；當(dāng)電池電壓復(fù)原時(shí)，vt2自然導(dǎo)通，庇護(hù)電路重新復(fù)原工作。3 參數(shù)計(jì)算我們以9v的電池為例來舉行參數(shù)計(jì)算。第l步：按照電池的特性設(shè)置上下電壓門限uthh=78v和uthl=6v。第2步：為了保證當(dāng)電池電壓達(dá)到低電壓鎖存門限時(shí)分壓穩(wěn)壓器lm285z一25仍能正常工作，則要保證lm285z一25上流過的電流但因?yàn)榉至鞣€(wěn)壓器還要分出一部分電流給其它電阻網(wǎng)絡(luò)用，留出2倍的裕量，所以實(shí)際的應(yīng)保證iref20a，這樣可

7、求出r6=175k，取r6=125k。第3步：因?yàn)殡姵仉妷罕葏⒖茧妷焊撸姵仉妷簯?yīng)先通過r4和r5組成的分壓網(wǎng)絡(luò)分壓后再與參考電壓分壓出的基準(zhǔn)舉行比較。所以，按照電池電壓設(shè)定的uthh和uthl就對應(yīng)一個(gè)在參考電壓uref的基礎(chǔ)上的兩個(gè)門限值：uh和ul。于是式(1)和式(2)就變成：設(shè)ul=125v(ul取uref一半的大小，為的是使r1、r2、r3的阻值相對照較臨近，固然也可以挑選其它小于uref的值)，則r4和r5的分壓比q=uluthl，則可以按照q=r4(r4+r5)求出r4和r5的比值，同時(shí)也可以得到uh=uthh×q=4625v。第4步：設(shè)r1=9lk，按照式(4)可求得r2=91k。第5步：按照式(3)計(jì)算出r3=78k。當(dāng)電池電壓降到5v以下時(shí)，vt2被斷開，基本上惟獨(dú)阻值總和為385k的電阻消耗電池的能量，放電電流惟獨(dú)10a左右。將6節(jié)12v的鎳氫電池串聯(lián)后，利用上面的參數(shù)舉行測試。把電池彌漫后舉行放電，當(dāng)電壓低于6v的uthl之后，負(fù)載被斷開，電池電壓快速上升至74v左右，但因?yàn)闆]有達(dá)到78v的uthh，負(fù)載仍被斷開，所以電路沒有產(chǎn)生振蕩。4 結(jié)束語這種電池庇護(hù)系統(tǒng)的電路容易，用法靈便。只需挑選供電電壓較高的比較器，就可以應(yīng)用到任何電壓等級的電路中；只需轉(zhuǎn)變電阻值就可以設(shè)置隨意的導(dǎo)通和關(guān)斷門限，從