電池過放保護電路圖及工作過程

　　電池過放電保護電路1

　　本例電路可運用在蓄電池作為後備電源的電子設備中。當電網斷電後，後備電池開始對設備進行供電，這時，必須設置電池過放電保護電路。最簡單的辦法就是設置一個電壓保護閥值，當電池電壓降到這個閥值之後，自動斷開回路，停止對負載供電。

　　但是由於負載被斷開之後，電池端電壓會迅速升高至閥值電壓以上，於是電池又被重新接入電路給負載供電，此後就會重複“斷開—接通—斷開—接通”的振盪過程，直到電池的徹底耗盡。這對電池的壽命會產生很大的影響，甚至損壞電池。

　　所以，本例設計了一款帶有自動滯回功能的自動保護電路，這樣可以設置兩個電壓門限，避免產生振盪，又因為這兩個門限可以通過電阻任意設置，因此運用場合非常廣泛。

　　電池過放保護電路圖

　　電路工作過程：

　　我們給電路設置的兩個門限電壓為：UTH1和UTH2（UTH1》UTH2），這樣可以形成一個滯回區，如下圖所示：

　　1、當電池電壓UBAT正常時，P-MOSFET Q1的GS電壓為負值（至於負多少，通過電阻R6和D1來計算），使Q1導通；

　　2、此時電池電壓UBAT是大於UTH1的，所以比較器輸出高電平，三極管Q4導通，使得P-MOSFET的GS也為負值，Q2導通，電池與負載接通。

　　3、同時，比較器輸出高電平，使N-MOSFET Q3導通，將電阻R3短路，使電路的門限值降為UTH2。這樣電池在供電過程中，即使電壓下降到UTH1以下，只要不低於UTH2，比較器還是輸出高電平，電池與負載還是接通狀態。

　　4、當電池電壓慢慢下降使電壓低於UTH2時，比較器輸出低電平，三極管Q4截止，P-MOSFET也截止，電池與負載斷開連接。

　　5、同時，比較器輸出的低電平，也是N-MOSFET Q3截止，電路的門限值恢復至UTH1。

　　6、這個時候，電池電壓雖然會快速回升（電池特性），但由於達不到UTH1的門限值，所以比較器仍然保持低電平，負載仍然被斷開。只有當電池被充電後電壓升高到UTH1以上才會再次接通負載。這樣避免了整個電路的振盪，保護了負載和電池。

　　解釋：

　　1、雖然絕大多數的比較器中都有滯回電路，但通常內部滯回電壓（UTH1-UTH2）只有5mV到10mV，根本不可能用於電池的過放電保護。

　　2、本例圖中，利用比較器的輸出控制N-MOSFET的導通和關斷，自動調節比較電壓的參考值，使電池電壓在不同的區間時，被比較的門限電壓在UTH1和UTH2之間轉化。

　　3、比較門限值的計算。

　　（1）、當比較器輸出低電平，N-MOSFET截止時，此時的門限電壓為UTH1：

　　（2）、當比較器輸出高電平，N-MOSFET導通時，此時的門限電壓為UTH2：

　　注：其中2.5V為穩壓管電壓。

　　4、比較器3腳的電壓由電池電壓決定，當電池電壓隨著給負載供電，該電壓值會發生變化，也可以理解為R4，R5採樣電池電壓與門限值進行比較。

　　注意：

　　在實際的電池供電系統中，要儘量做到低功耗，所以本電路中的穩壓管，和比較器儘量選取低功耗器件。

　　電池過放電保護電路2

　　本例電路是另外一種常見的遲滯比較器的應用電路。應用在車充電瓶/電池等這些過放保護場合。當電瓶電壓下降到相應的門限時，繼電器釋放，負載模塊電路失去電源；同時當電瓶電壓充電上升到相應的門限時，繼電器吸合，負載模塊得電。

　　從功能上看，與之前的電池過放保護電路非常相似。但本例是通過電阻正反饋來形成遲滯比較器的兩個門限。具體過程請往下看

　　整個電路的工作原理：

　　本例電路可分為兩個部分：

　　一是由LM2903和外圍元件組成的遲滯比較器電路；

　　二是由三極管Q1，繼電器K1組成的開關電路；

　　其中電阻R2為LM2903的外部上拉電阻，其內部結構為OC門。

　　比較器的同相端通過分壓電阻檢測電池電壓；反相端接有一個穩壓管，保持它的基準電壓為2.5V。

　　我們假設遲滯比較器的上下兩個門限分別為UTH1和UTH2。

　　1、當電池電壓充電，比較器的同相端電壓慢慢上升，當上升到UTH1時，比較器輸出高電平，三極管Q1導通，繼電器線圈有電流通過，繼電器吸合，負載模塊被通電。

　　2、當電池電壓放電，比較器的同相端電壓慢慢下降，使其電壓下降到另一個門限UTH2時，比較器翻轉輸出低電平，三極管Q1截止，繼電器釋放，負載模塊失去電源。

　　整個電路就是上述工作過程，本例重點在於理解正反饋R6的作用。

　　解釋：

　　1、二極管D1和電容C1起到一個電池在充電時抑制電壓波動的作用，使波形變得平滑。

　　2、電阻R5和D3為比較電路的基準源；

　　3、電阻R1，可調電阻R7和電阻R4組成一個採樣電路，採樣電池電壓比與基準電壓進行比較。

　　4、電阻R6為正反饋電阻，起到加速比較器翻轉的作用，同時形成遲滯的效果。從而產生兩個門限值。

　　加速比較器翻轉的理解過程：

　　當電池電壓上升，使同相端電壓大於反相端電壓時，比較器的輸出開始翻轉，即從0上升至1的過程，當比較器的輸出電壓超過同相端電壓時，輸出就會通過反饋電阻R6向同相端“注入”電流，使同相端電壓進一步增加，這樣就促進輸出的電壓進一步上升更快，這樣又促使通過反饋電阻R6向同相端“注入”更多電流，如此循環，使比較器輸出完成由“0”到“1”的轉換。假如沒有R6，比較器的轉換速度將變的慢一些，相比而言，反饋電阻R6就加速了比較器輸出翻轉。

　　反過來電池電壓下降也是一樣，通過電阻R6從同相端“拉出”電流，使比較器加速輸出完成由“1”到“0”的轉換。

　　形成遲滯效果的理解過程：

　　當比較器輸出低電平時，電阻R6可以看成是和電阻R4以及R7的部分電阻“並聯”，“並聯”後的電阻要變小，所以電池電壓需要比不加反饋電阻R6時要高一些才能使比較器翻轉輸出高電平，這就是上限門限值UTH1；當比較器輸出高電平時，電阻R6可以看出是和電阻R1以及R7的部分電阻“並聯”，同樣“並聯”後的電阻要變小，所以電池電壓需要比不加反饋電阻R6時要低一些才能使比較器翻轉輸出低電平，這就是下限門限值UTH2。

　　上限值和下限值的差，即UTH1-UTH2稱為回差。通過上面對電阻R6的分析，大家應該知道如果要調整門限值，該怎麼調節電路參數吧。其中R6阻值的大小，直接影響“並聯”後的阻值，R6的阻值越大，“並聯”後的電阻越接近原有的電阻值，即反饋影響就越小，回差越小；反之R6的阻值越小，回差越大。

　　5、電阻R2和R3形成三極管Q1的基極偏置電路，所以三極管Q1的工作狀態受這兩個電阻控制。

　　注意：

　　實際製作時，要根據電池的過放保護電壓，電池滿電壓來調節電路參數。