[發明專利]一種用于單體電池的安全柵電路

在審

• 申請號: 202010000136.8
• 申請日: 2020-01-01
• 公開（公告）號: CN111106401A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 劉昊;黃凌;雷健升
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M6/50;H02H7/18;H02J7/00
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種用于單體電池的安全柵電路，包括升壓電源模塊、電壓基準模塊、電流采樣模塊和通斷控制模塊；升壓電源模塊分別與安全柵輸入端以及電壓基準模塊和通斷控制模塊連接，通過升壓電源芯片驅動安全柵內電壓基準模塊和通斷控制模塊工作；電壓基準模塊同時與升壓電源模塊和通斷控制模塊連接；電流采樣模塊通過一個毫歐級的精密電阻與安全柵輸入端和通斷控制模塊連接；通斷控制模塊分別與安全柵輸入端、升壓電源模塊、電壓基準模塊、電流采樣模塊以及安全柵輸出端連接；安全柵電路具有輸入電壓低，導通電阻低，輸出電流大的特點，應用于單體電池供電，同時需要本質安全型防爆的場景，能很好的發揮單體電池的放電性能。

技術領域

本發明屬于本質安全型防爆技術領域，具體涉及用于單體電池的安全柵，和安全柵的電路設計。

背景技術

安全柵應用于需要本質安全型防爆的系統，其輸入端是非本質安全電路，輸出端是本質安全電路。安全柵電路的主要功能是限制供給本質安全電路的電壓和電流。

單體電池是通過正、負極能夠獨立放電工作的最小電池單元。單體電池電源的三個特點是輸出電壓低，輸出電流大，內阻低。單體電池根據制造材料和放電原理，其輸出電壓的標稱值通常在1.2V至3.7V之間，如猛鋅電池是1.5V、鉛酸電池是2.2V、氧化銀電池是1.55V、鋰電池是3.7V。單體電池最大輸出電流通常在2A以上。單體電池內阻低，一般在100mΩ以內。

用單體電池作輸入端的安全柵，為了更好的配合單體電池的性能，在符合本質安全的前提下，也應該同時具備三個特點，即輸入電壓低，輸出電流大，導通電阻低。輸入電壓低是因為單體電池本身輸出電壓僅為1.2V至3.7V。輸出電流大是為了發揮單體電池的帶載能力，安全柵的一個關鍵功能是限制輸出電流，但是如果把輸出電流限制的太小，雖滿足了本質安全的要求，卻犧牲了電池輸出功率的能力，最大輸出電流應在1A以上。導通電阻低是一個重要指標，單體電池放電時，一部分電壓會降在安全柵上，只有安全柵內阻足夠低，才能保證輸出端有足夠的電壓，導通電阻應在100 mΩ以下。

通常的安全柵電路不滿足上述三個要求，不適用于單體電池，因此需要設計一種用于單體電池的安全柵電路。

發明內容

本發明的目的是針對為單體電池提供防爆安全柵的需求，提出一種安全柵電路，具有輸入電壓低，輸出電流大和導通電阻低的特點。

本發明專利解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于單體電池的安全柵電路，包括升壓電源模塊、電壓基準模塊、電流采樣模塊和通斷控制模塊；

所述的升壓電源模塊分別與安全柵輸入端以及電壓基準模塊和通斷控制模塊連接，包括升壓電源芯片、升壓電源外圍電路和升壓電源限壓限流電路，所述升壓電源芯片是專為單體電池電壓抬升設計的電源芯片，升壓電源芯片輸入為安全柵輸入端正極和負極，且升壓電源芯片輸出電壓高于單體電池電壓，用于驅動安全柵內電壓基準模塊和通斷控制模塊工作，所述升壓電源外圍電路包括電源芯片輸入端電容、輸出端電容和電感，是升壓電源芯片工作必須的輔助器件；所述升壓電源限壓限流電路包括穩壓管和熔斷器，用于限制升壓電源芯片的電流和輸出電壓；

所述的電壓基準模塊同時與升壓電源模塊和通斷控制模塊連接，包括電壓基準源芯片和分壓電阻；所述電壓基準源芯片從升壓電源模塊取電，輸出幅值精確、穩定的直流電壓信號；所述分壓電阻對電壓基準源芯片的輸出作進一步分壓，得到通斷控制模塊所需的基準電壓信號；

所述的電流采樣模塊通過一個毫歐級的精密電阻與安全柵輸入端和通斷控制模塊連接；

所述的通斷控制模塊分別與安全柵輸入端、升壓電源模塊、電壓基準模塊、電流采樣模塊以及安全柵輸出端連接，包括比較器芯片、比較器外圍電路和場效應管；所述比較器芯片由升壓電源模塊供電，比較器芯片的一對信號輸入引腳分別接電壓基準模塊和電流采樣模塊；所述比較器外圍電路包括比較器輸入限流電阻、比較器輸出上拉電阻和比較器輸出接地電容，是比較器芯片工作必須的輔助器件。