电池本安保护电路的制作方法

本实用新型涉及电路技术领域，特别是涉及一种电池本安保护电路。

背景技术：

随着电子技术的飞跃发展，智能技术在防爆行业领域的应用也越来越广泛，移动数据终端(PDA)就是其中的一种。

移动数据终端在有危险气体环境中应用，为了确保安全性，它的供电电池必须是本安型电池。

但是，现有技术中的移动数据终端的电池的保护电路存在着安全性差的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例解决的是如何提高电池的本安保护电路的安全性的问题。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种电池本安保护电路，所述电池本安保护电路包括电流检测单元、开关单元和微处理器；

所述电流检测单元，适于对所述电池的负载回路中流经的电流进行检测，并在确定所述电池的负载回路中流经的电流大于预设的电流阈值时，输出对应的反馈信号；

所述微处理器，适于在接收到所述反馈信号时，控制串联在所述电池的负载回路中的开关单元关闭，以将所述电池的负载回路断开。

可选地，所述电流检测单元，适于通过对串联在所述电池的负载回路中的第一电阻上流经的电流进行检测，以对所述电池的负载回路中流经的电流进行检测。

可选地，所述电流检测单元包括第一检测子单元，所述开关单元包括第一开关子单元；

所述第一检测子单元，适于对第一电阻上流经的电流进行检测，并在确定所述电池的负载回路中的电流大于所述电流阈值时，输出第一反馈信号；

所述微处理器，适于在接收到所述第一反馈信号时，控制所述第一开关子单元关闭。

可选地，所述第一检测子单元包括第一三极管，所述第一开关子单元包括第一晶体管；

所述第一三极管的集电极与第二电阻的第一端耦接，并作为第一检测节点；所述第二电阻的第二端与所述第一晶体管的栅端耦接；所述第一三极管的基极与第三电阻的第一端耦接，所述第三电阻的第二端与所述第一电阻的第一端耦接；所述第一三极管的发射极和所述第一电阻的第二端均与地线耦接；

所述第一晶体管的漏端与所述负载回路的负极连接端耦接，源端与第二晶体管的漏端耦接。

所述微处理器的第一检测端与所述第一检测节点耦接，所述微处理器的输出控制端与第四电阻的第一端耦接，所述第四电阻的第二端与所述第二电阻的第一端耦接。

可选地，所述电流检测单元包括第二检测子单元，所述开关单元包括第二开关子单元；

所述第二检测子单元，适于对第一电阻上流经的电流进行检测，并在确定所述电池的负载回路中的电流大于所述电流阈值时，输出第二反馈信号；

所述微处理器，适于在接收到所述第二反馈信号时，控制所述第二开关子单元关闭。

可选地，所述第二检测子单元包括第二三极管，所述第一开关子单元包括第二晶体管；

所述第二三极管的集电极与第五电阻的第一端耦接，并作为第二检测节点；所述第五电阻的第二端与所述第二晶体管的栅端耦接；所述第二三极管的基极与第六电阻的第一端耦接，所述第六电阻的第二端与所述第一电阻的第一端耦接；所述第二三极管的发射极和所述第一电阻的第二端均与地线耦接；

所述第二晶体管的漏端与所述第一晶体管的源端耦接，所述第二晶体管的源端与所述第一电阻的第一端耦接；

所述微处理器的第二检测端与所述第二检测节点耦接，所述微处理器的输出控制端还与第七电阻的第一端耦接，所述第七电阻的第二端与所述第五电阻的第一端耦接。

可选地，所述电路还包括温度电阻；

所述温度电阻的第一端与所述电池耦接，所述温度电阻的第二端与所述负载回路的正极以及第八电阻的第一端耦接，

所述温度电阻的第二端还与第一电容的第一端耦接，所述第一电容的第二端与所述地线和所述第二电容的第一端耦接，所述第二电容的第二端与所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端与所述负载回路的负极耦接。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下的优点：

上述的方案，通过电流检测单元对电池的负载回路中流经的电流进行检测，并在确定所述负载回路中的电流大于预设的电流阈值时，输出相应的反馈信号至微处理器，微处理器通过智能分析判断将控制回路的开关晶体管的驱动电压切断，从而使所述负载回路从所述电池的两端断开连接，而非采用电阻降压限能的方式对电池进行保护，因而可以降低本安保护电路的能量消耗，并可以提高电池工作的安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种电池本安保护电路的框架结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的另一种电池本安保护电路的电路图；

图3是图2所示的电池本安保护电路中的第一晶体管的栅端放电回路的示意图；

图4是图2所示的电池本安保护电路的等效电路图。

具体实施方式

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型实施例采用的技术方案通过电流检测单元对电池的负载回路中流经的电流进行检测，并在确定所述负载回路中的电流大于预设的电流阈值时，输出相应的反馈信号至微处理器，以使得微处理器控制串联在所述负载回路中的开关单元断开，从而将所述负载回路从所述电池的两端断开连接，而非采用电阻降压限能的方式对电池进行保护，因而可以降低本安保护电路的能量消耗，并可以提高电池工作的安全性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

图1示出了本实用新型实施例中的一种电池本安保护电路的结构框图。如图1所示的电池本安保护电路，可以包括电流检测单元101、微处理器102 和开关单元103。其中，微处理器102分别与电流检测单元101和开关单元 103耦接，开关单元103串联在电池的负载回路中。

电流检测单元101，适于对电池的负载回路中流经的电流进行检测，并在确定电池的负载回路中流经的电流大于预设的电流阈值时，输出对应的反馈信号。在本实用新型一实施例中，电流检测单元101适于通过对串联在电池的负载回路中的第一电阻上流经的电流进行检测，以对电池的负载回路中流经的电流进行检测。

微处理器102，适于在接收到所述反馈信号时，控制串联在电池的负载回路中的开关单元103关闭，以将电池的负载回路断开。

在本实用新型一实施例中，电流检测单元101可以包括第一检测子单元 1011，开关单元103包括第一开关子单元1031；其中：

第一检测子单元1011，适于对第一电阻上流经的电流进行检测，并在确定电池的负载回路中的电流大于电流阈值时，输出第一反馈信号；

微处理器103，适于在接收到第一反馈信号时，控制第一开关子单元1031 关闭。

在本实用新型一实施例中，电流检测单元101还可以包括第二检测子单元1012，开关单元103包括第二开关子单元1032；其中：

第二检测子单元1011，适于对第一电阻上流经的电流进行检测，并在确定电池的负载回路中的电流大于电流阈值时，输出第二反馈信号；

微处理器103，适于在接收到第二反馈信号时，控制第二开关子单元1032 关闭。

参见图2，在本实用新型一实施例中，第一检测子单元包括第一三极管 Q11，第一开关子单元包括第一晶体管Q12；

第一三极管Q11的集电极与第二电阻R2的第一端耦接，并作为第一检测节点S1；第二电阻R2的第二端与第一晶体管Q12的栅端耦接；第一三极管 Q11的基极与第三电阻R3的第一端耦接，第三电阻R3的第二端与第一电阻 R1的第一端耦接；第一三极管Q11的发射极和第一电阻R1的第二端均与地线VSS耦接；

第一晶体管Q21的漏端与负载回路的负极连接端P-耦接，第一晶体管Q21 源端与第二晶体管Q22的漏端耦接；

微处理器U的第一检测端GP0与第一检测节点S1耦接，微处理器U的输出控制端GP2与第四电阻R4的第一端耦接，第四电阻R4的第二端与第二电阻R2的第一端耦接。

当处于工作状态，且第一电阻R1上流经的电流大于预设的电流阈值时，电流在流经第一电阻R1时产生电压使得第一三极管Q11达到饱和导通的状态。当第一三极管Q11导通时，第一晶体管Q21的栅端下降至低电平，使得第一晶体管Q21关闭，从而使得电池的负载回路断开。

同时，微处理器U的输出控制端GP2在通过第一检测端GP0确定第一晶体管Q21的栅端下降至低电平时，输出对应的低电平信号，并通过第四电阻 R4和第二电阻R2至第一晶体管Q12的栅端，使得第一晶体管Q12的栅端保持在低电平，以控制第一晶体管Q12保持关闭状态，由于第一晶体管Q12串联在负载回路，即负载回路的正极连接端P+和负极连接端P-之间中，使得电池的负载回路断开，从而可以对电池起到保护作用。

继续参见图2，在本实用新型一实施例中，第二检测子单元包括第二三极管Q21，第一开关子单元包括第二晶体管Q22；

第二三极管Q21的集电极与第五电阻R5的第一端耦接，并作为第二检测节点S2；第五电阻R5的第二端与第二晶体管Q22的栅端耦接；第二三极管 Q21的基极与第六电阻R6的第一端耦接，第六电阻R6的第二端与第一电阻 R1的第一端耦接；第二三极管Q21的发射极和第一电阻R1的第二端均与地线VSS耦接；

第二晶体管Q22的漏端与第一晶体管Q12的源端耦接，第二晶体管Q22 的源端与第一电阻R1的第一端耦接；

微处理器U的第二检测端GP1与第二检测节点S2耦接，微处理器U的输出控制端GP2还与第七电阻R7的第一端耦接，第七电阻R7的第二端与第五电阻R5的第一端耦接。

当处于工作状态，且第一电阻R1上流经的电流大于预设的电流阈值时，电流在流经第一电阻R1时产生电压使得第二三极管Q21达到饱和导通的状态。当第二三极管Q21导通时，第二晶体管Q22的栅端下降至低电平，使得第二晶体管Q22关闭，从而使得电池的负载回路断开。

同时，微处理器U的输出控制端GP2在通过第二检测端GP1确定第二晶体管Q22的栅端下降至低电平时，输出对应的低电平信号，并通过第五电阻 R5至第二晶体管Q22的栅端，使得第二晶体管Q22的栅端保持在低电平，以控制第二晶体管Q22保持关闭状态，由于第二晶体管Q22串联在负载回路，即负载回路的正极连接端P+和负极连接端P-之间中，使得电池的负载回路断开，从而可以对电池起到保护作用。

通过上述的描述可知，第一晶体管Q12和第二晶体管Q22是逻辑“与”的关系，只要二者中有一者处于断开状态，便可以将电池的负载回路切断，即使二者中的一者无法正常动作，另一者也可以对电池的负载回路的关闭和断开进行控制，从而可以提高电池的工作的安全性。

继续参见图2，在本实用新型一实施例中，为了进一步提高电池工作的安全性，本实用新型实施例中的电池本安保护电路还可以包括温度电路RT。

温度电阻RT的第一端与电池的正极B+耦接，温度电阻RT的第二端与负载回路的正极连接端P+和第八电阻R8的第一端耦接，温度电阻RT的第二端还与第一电容C1的第一端耦接，第一电容C1的第二端与地线VSS和第二电容C2的第一端耦接，第二电容C2的第二端与第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端与负载回路的负极连接端P-耦接。

上面所说的仅仅是可实现电流超限的保护的原理流程，是本安保护的必要条件。下面将通过本安保护电路在严重故障条件下，能否确保本安条件及电路的瞬态能量条件满足IIC级的本安保护进行描述。

假定图2所示的电池本安保护电路中选择的第一三极管和第二三极管的型号分别为9014，第一晶体管和第二晶体管分别的型号分别为KD2306。其中，第一三极管和第二三极管的电流放大倍数Hie一般为50至300，第一晶体管和第二晶体管的输入电容不大于1200P。并且，第一晶体管和第二晶体管的开启电压不第一晶体管和第二晶体管的导通电阻不大于30毫欧。

参见图3和图4，这里我们选最不利的条件；取KD2306的输入电容 CIN＝1200P其导通电阻Ron11＝Ron22＝30mΩ，Hie＝50，通过图3和图4的两个等效电路来分析，对应的瞬态能量为：

W＝UIΔT(1)

其中，U＝4.2V，也即第一晶体管和第二晶体管导通时的栅端电压，从图 4所示的输出等效回路可计算出：I＝4.2v/(30mΩ+30mΩ+0.5Ω)＝4.2V/0.56Ω＝7.5A，其中，ΔT就是电容CIN的放电时间。

同时，通过图3所示的输入栅极回路，可以把第一晶体管和第二晶体管的栅端视为并联连接，故输入电容CIN＝2400P，那么输入电容CIN上的放电时间的ΔT，也即将电压从4.2V放电到1V时的时间。其中，输入电容CIN对应的放电电流ic＝Hie×ib。

其中，第一晶体管和第二晶体管的基极回路电流ib＝4.2v÷100Ω＝0.042A。上Hie＝50是，输入电容CIN对应的放电电流ic＝50×0.042A＝2.1A。那么，输入电筒CIN上的电压从4.2V放电到1V时，泄放的电荷Q＝CIN× (4.2V-1V)＝2400×10^-12×3.2V。并且，Q＝ic×ΔT所以ΔT＝Q/ic＝2400×10^-12×3.2V /2.1＝3657.1428×10^-12S，那么，W＝UIΔT＝4.2×7.5×3657.1428×10^-12S＝109714.28 ×10^-12(J)＝0.10971428×10^-6(J)＝0.11uJ，小于20uJ的标准，从理论上证明了本实用新型实施例中的电池本安保护电路的可行性和合理性。

上述的方案，通过电流检测单元对电池的负载回路中流经的电流进行检测，并在确定所述负载回路中的电流大于预设的电流阈值时，输出相应的反馈信号至微处理器，以使得微处理器控制串联在所述负载回路中的开关单元断开，从而将所述负载回路从所述电池的两端断开连接，而非采用电阻降压限能的方式对电池进行保护，因而可以降低本安保护电路的能量消耗，并可以提高电池工作的安全性

以上对本实用新型实施例的方法及系统做了详细的介绍，本实用新型并不限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。