一種電源保護系統的製作方法

2023-05-15 04:12:06 2

本發明涉及電源領域，特別涉及應急電源的一種電源保護系統。

背景技術：

隨著社會的進步，越來越多人擁有私人汽車，但是往往使用不當會導致很多問題的出現，例如人離開時忘記關車燈，或者忘記關閉車載電子設備，長時間使用使得車載的蓄電池很容易就會出現電量不足的情況，而且在下次啟動車輛時，所使用的電源也是通過該蓄電池提供，當蓄電池電量不足時會導致汽車啟動失敗，這時候，就需要使用汽車應急啟動電源臨時為汽車啟動提供電源。但是，因為汽車電池(車載的蓄電池)及應急啟動電源都具有可產生瞬間大電流的特點，若使用應急啟動電源作為汽車啟動電源時，稍有不注意產生短接或者反接，瞬間可產生上千安培的大電流，不但會造成應急啟動電源損壞，甚至造成起火或者導致使用者受傷。

為此，很多廠家在汽車應急啟動電源上開始研究防反接和短路電路，如專利申請號為：200520054634.1公開的一種多功能汽車啟動電源，因應急啟動電源(內置蓄電池)與車載的蓄電池之間所連接的防反接短路保護電路由繼電器具體控制電流通路，眾所周知應急啟動電源及車載的蓄電池都具有可產生瞬間大電流的特點，所以繼電器必須得使用大型繼電器，故存在用繼電器構成的防反接短路保護電路較為笨重的缺陷；因當正確連接上車載的蓄電池時電流通路立即開通，從而存在電池夾在夾車載的蓄電池的過程中出現打火現象的缺陷，雖設有輕觸開關啟動應急啟動電源，那只是取掉車載的蓄電池而使用的；為了從車載的工作點取出電池夾後能斷開應急啟動電源到電池夾電流通路，在電池夾上、下兩塊夾板內側分別設有平時互不接觸點，並分別引線至防反接短路保護電路，故存在電池夾不能用單一引線至防反接短路保護電路的缺陷。

如今埋電池的進步促使了其大範圍使用，使用埋電池作為應急啟動電源已經成為行業內普遍的做法，而用繼電器構成應急啟動電源電流通路的防反接短路保護電路體積過於龐大和笨重，其往往使用在應急啟動電源為12V18AH鉛酸免維護蓄電池，整個系統大約10公斤重，所以無法考慮便攜的問題，但當應急啟動電源換成埋電池以後，整個系統重量僅僅400克，這種用繼電器構成應急啟動電源電流通路的防反接短路保護電路的體積與重量就顯然不適合了。故有以半導體器件構成應急啟動電源電流通路的防反接短路保護電路出現，如專利申請號為：201410399268.7公開的一種應急電源防短路保護系統，應急啟動電源與車載的蓄電池之間所連接的防反接短路保護電路釆用場效應管控制電流通路，克服了用繼電器構成的防反接短路保護電路較為笨重的缺陷，但還存在：因當正確連接上車載的蓄電池時電流通路立即開通，從而存在電池夾在夾車載的蓄電池的過程中出現打火現象的缺陷；為了從車載的工作點取出電池夾後能斷開應急啟動電源到電池夾電流通路，在電池夾上、下兩塊夾板內側分別設有平時互不接觸點，並分別引線至防反接短路保護電路，故存在電池夾不能用單一引線至防反接短路保護電路的缺陷。又如專利申請號為：201520322213.6公開的一種應急電源防短路保護系統，結合該實用的附圖讀懂：急啟動電源與車載的蓄電池(備用電池)之間連接的防反接短路保護電路用樣釆用場效應管控制電流通路，克服了用繼電器構成的防反接短路保護電路較為笨重的缺陷；但該實用同樣還存在：因當正確連接上車載的蓄電池時電流通路立即開通，從而存在電池夾在夾車載的蓄電池的過程中出現打火現象的缺陷，雖設有輕觸開關啟動應急啟動電源，那只是取掉車載的蓄電池而使用的；為了從車載的工作點取出電池夾後能斷開應急啟動電源到電池夾電流通路，在電池夾上、下兩塊夾板內側分別設有平時互不接觸點，並分別引線至防反接短路保護電路，故存在電池夾不能用單一引線至防反接短路保護電路的缺陷；該實用還有一嚴重缺陷的是：如果急啟動電源接反，可能會導致比較運放損壞。

眾所周知：車載的蓄電池容量標稱一般為12V,45AH以上，而臨時過放電後的剩餘電量一般都完全能滿足給幾瓦的小功率電路供電；所以為了便於應急啟動電源與車載連接啟動汽車後，取下電池夾結束，常常是用應急啟動電源啟動汽車過程中是保留車載電池的。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服己有技術的不足之處，針對應急啟動電源通過電池夾連接在車載的蓄電池兩極並保留蓄電池而啟動汽車的方式，提出一種電源保護系統，除體積小、應急電源防短路、防反接，防反充電保護外，還具有：①當正確連接上車載的蓄電池和應急啟動電源後，通過操作輕觸開關開啟應急啟動電源的電流通路，從而確保了電池夾在夾車載的蓄電池的過程中不會出現打火的現象；②從車載的蓄電池上取出電池夾後立即斷開應急啟動電源到電池夾電流通路，且不需要在電池夾上、下兩塊夾板內側分別設有平時互不接觸點，只要用單一引線就行。

為了實現上述的目的，本發明的技術方案是：

一種電源保護系統，由連接有電源埠、第一電池夾、第二電池夾的保護電路組成，電源埠與外部備用電池的對應埠相連接，第一電池夾和第二電池夾分別與汽車的電池的兩電極相連接；所述保護電路包括：第一光電藕合器、第二光電藕合器、開關二極體、可控矽、輕觸開關、第一發光二極體、第二發光二極體、第三發光二極體、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4；所述開關二極體的陽極與可控矽的陽極並接後通過導線接入電源埠的正極接線端，開關二極體的陰極通過輕觸開關與第一光電藕合器中光敏三極體的集電極相連接；電阻R3的一端、電阻R4的一端及第一發光二極體的陽極相互並接後與第一光電藕合器中光敏三極體的發射極相連接；電阻R3的另一端、可控矽的柵極及第二光電藕合器中光敏三極體的集電極相互並接；第一發光二極體的陰極與電阻R2的一端相連接；電阻R1的一端通過導線分別接入電源埠的負極接線端和第二電池夾的接線端；電阻R1的另一端、第二發光二極體的陰極及第三發光二極體的陽極相併接；第二發光二極體的陽極與第一光電藕合器中發光二極體的陰極相連接；第三發光二極體的陰極與第二光電藕合器中發光二極體的陽極相連接；可控矽的陰極、電阻R4的另一端、電阻R2的另一端、第一光電藕合器中發光二極體的陽極、第二光電藕合器中光敏三極體的發射極及第二光電藕合器中發光二極體的陰極相併接後通過導線接入第一電池夾的接線端。

以上所述的可控矽為單向可控矽，且可控矽的維持電流大於流過電阻R1的最大電流。

以上所述輕觸開關為一路常開觸點輕觸開關。

以上所述電源埠以物理導向防外部備用電池反向接入保護電路。

功能有：

當外部備用電池正向或反向接入保護電路後，第一電池夾和第二電池夾不接向汽車的電池，而處於開路或短路狀態時，可控矽處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關無關，故外部備用電池不會被短路；

當汽車的電池正向或反向接入保護電路後，電源埠不與外部備用電池連接，電源埠內兩電極處於開路或短路狀態時，可控矽處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關無關，故汽車的電池不會被短路；

當外部備用電池和汽車的電池均反向接入保護電路時，可控矽處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關無關，故汽車的電池不會被充電；

當外部備用電池反向接入保護電路和汽車的電池正向接入保護電路時，可控矽處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關無關，故外部備用電池與汽車的電池頭尾不會串接成放電而短路；

當汽車的電池反向接入保護電路和外部備用電池正向接入保護電路時，可控矽處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關無關，故外部備用電池與汽車的電池頭尾不會串接成放電而短路；

當汽車的電池和外部備用電池均正向接入保護電路時，在按下輕觸開關前，可控矽處於關斷狀態，當按下輕觸開關，可控矽導通，外部備用電池向汽車的電池充電，因汽車的電池在充電前處於虧電狀態，故充電流遠大於可控矽的擎住電流，所以可控矽導通後，加到可控矽柵極的控制電壓失去作用，鬆開輕觸開關，外部備用電池保持正常向汽車的電池充電；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，啟動汽車成功後，汽車發電機開始發電，並向汽車的電池充電，該電壓遠高於外部備用電池電壓，從而形成反向電壓加可控矽的陽極與陰極之間，將可控矽關斷狀態，故不會形成反向電流向外部備用電池充電，即不會形成反向電流損壞外部備用電池，所以汽車發電機發電向汽車的電池充電過程中，不從汽車的電池上取下電池夾，也不會有反向電池向外部備用電池充電；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，當充電電流加上流過電阻R1的電流小於可控矽的維持電流，將可控矽關斷狀態；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，從汽車的電池上取下電池夾，可控矽被關斷；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，從電源埠取下外部備用電池，可控矽被關斷；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，可控矽關斷後，需再次操作輕觸開關才能實現再次向汽車的電池充電，故啟動汽車成功，汽車發電機發電後，不操作輕觸開關，外部備用電池不再有向汽車的電池充電的可能。

有益效果：

本發明實現了除體積小、應急電源防短路、防反接，防反充電保護外，實現了①當正確連接上車載的蓄電池和應急啟動電源後，通過操作輕觸開關開啟應急啟動電源的電流通路，從而確保了電池夾在夾車載的蓄電池的過程中不會出現打火的現象；②從車載的蓄電池上取出電池夾後立即斷開應急啟動電源到電池夾電流通路，且不需要在電池夾上、下兩塊夾板內側分別設有平時互不接觸點，只要用單一引線就行。

附圖說明

圖1為本發明的一種電源保護系統的連接示意圖；

圖2為本發明的一種電源保護系統的保護電路的原理圖；

圖中：100.保護電路，A.電源埠，B1.第一電池夾，B2.第二電池夾，LED1、LED2、LED3.第一發光二極體至第三發光二極體，U1.第一光電藕合器，U2.第二光電藕合器，D.開關二極體，VS.可控矽，R1、R2、R3、R4.電阻，SW.輕觸開關。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，一種電源保護系統，由連接有電源埠A、第一電池夾B1、第二電池夾B2的保護電路100組成，電源埠A與外部備用電池的對應埠相連接，第一電池夾B1和第二電池夾B2分別與汽車的電池的兩電極相連接；所述保護電路100包括：第一光電藕合器U1、第二光電藕合器U2、開關二極體D、可控矽VS、輕觸開關SW、第一發光二極體LED1、第二發光二極體LED2、第三發光二極體LED3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4；所述開關二極體D的陽極與可控矽VS的陽極並接後通過導線接入電源埠A的正極接線端Vin+，開關二極體D的陰極通過輕觸開關SW與第一光電藕合器U1中光敏三極體的集電極相連接；電阻R3的一端、電阻R4的一端及第一發光二極體LED1的陽極相互並接後與第一光電藕合器U1中光敏三極體的發射極相連接；電阻R3的另一端、可控矽VS的柵極(控制極)及第二光電藕合器U2中光敏三極體的集電極相互並接；第一發光二極體LED1的陰極與電阻R2的一端相連接；電阻R1的一端通過導線分別接入電源埠A的負極接線端Vin-和第二電池夾B2的接線端；電阻R1的另一端、第二發光二極體LED2的陰極及第三發光二極體LED3的陽極相併接；第二發光二極體LED2的陽極與第一光電藕合器U1中發光二極體的陰極相連接；第三發光二極體LED3的陰極與第二光電藕合器U2中發光二極體的陽極相連接；可控矽VS的陰極、電阻R4的另一端、電阻R2的另一端、第一光電藕合器U1中發光二極體的陽極、第二光電藕合器U2中光敏三極體的發射極及第二光電藕合器U2中發光二極體的陰極相併接後通過導線接入第一電池夾B1的接線端。

以上所述開關二極體D用於輕觸開關SW支路的反向保護。

以上所述輕觸開關SW為一路常開觸點的輕觸開關，當按下輕觸開關SW，觸點閉合，當鬆開輕觸開關SW，觸點恢復為斷開；輕觸開關SW與第一光電藕合器U1的光敏三極體串接共同控制是否將觸發信號送至可控矽VS的柵極(控制極)和第一發光二極體LED1的陽極。

電阻R1是限流電阻，限制流過第二發光二極體LED2、第一光電藕合器U1中發光二極體的電流，以及限制流過第三發光二極體LED3、第二光電藕合器U2中發光二極體的電流。

當汽車的電池反向接入保護電路100時，第三發光二極體LED3發光，第二光電藕合器U2中發光二極體導通發光，第二光電藕合器U2中光敏三極體導通，第二光電藕合器U2中光敏三極體將可控矽VS的柵極與可控矽VS的陰極短接；第二發光二極體LED2反向截止(不發光)，第一光電藕合器U1中發光二極體反向截止不發光，第一光電藕合器U1中光敏三極體截止。

當汽車的電池正向接入保護電路100時，第三發光二極體LED3反向截止(不發光)，第二光電藕合器U2中發光二極體反向截止不發光，第二光電藕合器U2中光敏三極體截止，第二光電藕合器U2中光敏三極體不將可控矽VS的柵極與可控矽VS的陰極短接；第二發光二極體LED2導通發光，第一光電藕合器U1中發光二極體導通發光，第一光電藕合器U1中光敏三極體導通。

當汽車的電池不接入保護電路100時，將第一電池夾B1與第二電池夾B2處開路狀態，不管外部備用電池是正向還是反向接入保護電路100，第二發光二極體LED2、第三發光二極體LED3、第一光電藕合器U1中發光二極體及第二光電藕合器U2中發光二極體均不發光，第一光電藕合器U1中光敏三極體和第二光電藕合器U2中光敏三極體均截止；且當外部備用電池是反向接入保護電路100時，加到可控矽VS陽極與陰極電壓為反向。

當汽車的電池不接入保護電路100時，將第一電池夾B1與第二電池夾B2處短路狀態，不管外部備用電池是正向還是反向接入保護電路100，第二發光二極體LED2、第三發光二極體LED3、第一光電藕合器U1中發光二極體及第二光電藕合器U2中發光二極體均不發光，第一光電藕合器U1中光敏三極體和第二光電藕合器U2中光敏三極體均截止；且當外部備用電池是反向接入保護電路100時，加到可控矽VS陽極與陰極電壓為反向。

當外部備用電池不接入保護電路100時，將電源埠A中正、負極處開路狀態，不管汽車的電池是正向還是反向接入保護電路100，不管是否按下輕觸開關SW，均無觸發信號到達可控矽VS的柵極，第一發光二極體LED1也不會閃爍一下。

當外部備用電池不接入保護電路100時，將電源埠A中正、負極短路，不管汽車的電池是正向還是反向接入保護電路100，不管是否按下輕觸開關SW，均無觸發信號到達可控矽VS的柵極，第一發光二極體LED1也不會閃爍一下。

當外部備用電池和汽車的電池均反向接入保護電路100時，不管是否按下輕觸開關SW，均無觸發信號到達可控矽VS的柵極，第一發光二極體LED1也不會閃爍一下；且由於汽車的電池處於虧電，加入到可控矽VS的陽極與陰極間電壓反向；

當外部備用電池反向接入保護電路100、汽車的電池正向接入保護電路100時，不管是否按下輕觸開關SW，均無觸發信號到達可控矽VS的柵極，第一發光二極體LED1也不會閃爍一下；且加入到可控矽VS的陽極與陰極間電壓反向。

當外部備用電池正向接入保護電路100、汽車的電池反向接入保護電路100時，不管是否按下輕觸開關SW，均無觸發信號到達可控矽VS的柵極，第一發光二極體LED1也不會閃爍一下。

當外部備用電池和汽車的電池均正向接入保護電路100時，在按下輕觸開關SW前，可控矽VS處於關斷狀態，當按下輕觸開關SW，有觸發信號到達可控矽VS的柵極，可控矽VS導通，且第一發光二極體LED1會閃爍一下，外部備用電池向汽車的電池充電，因汽車的電池在充電前處於虧電狀態，故充電流遠大於可控矽VS的擎住電流，所以可控矽VS導通後，加到可控矽VS柵極的控制電壓失去作用，鬆開輕觸開關SW，外部備用電池保持正常向汽車的電池充電。

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，啟動汽車成功後，汽車發電機開始發電，並向汽車的電池充電，該電壓遠高於外部備用電池(外部的鋰電池)電壓，從而形成反向電壓加可控矽VS的陽極與陰極之間，將可控矽VS關斷狀態，故不會形成反向電流向外部備用電池(外部的鋰電池)充電，即不會形成反向電流損壞外部備用電池(外部的鋰電池)，所以汽車發電機發電向汽車的電池充電過程中，不從汽車的電池上取下電池夾，也不會有反向電池向外部備用電池(外部的鋰電池)充電。

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，當充電電流加上流過電阻R1的電流小於可控矽VS的維持電流，將可控矽VS關斷狀態。

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，從汽車的電池上取下電池夾，可控矽VS被關斷。

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，從電源埠A取下外部備用電池，可控矽VS被關斷。

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，可控矽VS關斷後，需再次操作輕觸開關SW才能實現再次向汽車的電池充電，故啟動汽車成功，汽車發電機發電後，不操作輕觸開關SW，外部備用電池不再有向汽車的電池充電的可能。

電源埠A是用於保護電路100與外部備用電池連接埠，其與外部備用電池輸出埠相對應連接，以物理導向防外部備用電池反向接入保護電路100。當然當外部備用電池反向接入保護電路100，保護電路100也起到反接保護作用。

所述保護電路100安裝在封閉的盒體內，通過對盒體打孔，將輕觸開關SW的按鈕、第一發光二極體LED1、第二發光二極體LED2、第三發光二極體LED3設於盒體外表面上。

第三發光二極體LED3設置為發紅光的光二極體，第一發光二極體LED1和第二發光二極體LED2均設置為發綠光的光二極體。

可控矽VS用於具體控制充電電路通斷，本發明選用單向可控矽，且選擇的單向可控矽導的維持電流應大於通過電阻R1流過的最大電流，從而確保：外部備用電池向汽車的電池充電過程中，先取下電池夾時，使流過可控矽VS電流小於維持電流，從而將可控矽VS關斷。為了當外部備用電池正向接入保護電路100後，第一電池夾B1和第二電池夾B2不接向汽車的電池，而處於開路狀態，確保漏電流流過第二發光二極體LED2和第一光電藕合器U1中發光二極體不發光，故還應該選擇漏電流小的單向可控矽。

本發明實現的功能有：

當外部備用電池正向或反向接入保護電路100後，第一電池夾B1和第二電池夾B2不接向汽車的電池，而處於開路或短路狀態時，可控矽VS處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關SW無關，故外部備用電池不會被短路；

當汽車的電池正向或反向接入保護電路100後，電源埠A不與外部備用電池連接，電源埠A內兩電極處於開路或短路狀態時，可控矽VS處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關SW無關，故汽車的電池不會被短路；

當外部備用電池和汽車的電池均反向接入保護電路100時，可控矽VS處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關SW無關，故汽車的電池不會被充電；

當外部備用電池反向接入保護電路100和汽車的電池正向接入保護電路100時，可控矽VS處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關SW無關，故外部備用電池與汽車的電池頭尾不會串接成放電而短路；

當汽車的電池反向接入保護電路100和外部備用電池正向接入保護電路100時，可控矽VS處於關斷狀態，且與是否按下輕觸開關SW無關，故外部備用電池與汽車的電池頭尾不會串接成放電而短路；

當汽車的電池和外部備用電池均正向接入保護電路100時，在按下輕觸開關SW前，可控矽VS處於關斷狀態，當按下輕觸開關SW，可控矽VS導通，外部備用電池向汽車的電池充電，因汽車的電池在充電前處於虧電狀態，故充電流遠大於可控矽VS的擎住電流，所以可控矽VS導通後，加到可控矽VS柵極的控制電壓失去作用，鬆開輕觸開關SW，外部備用電池保持正常向汽車的電池充電；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，啟動汽車成功後，汽車發電機開始發電，並向汽車的電池充電，該電壓遠高於外部備用電池(外部的鋰電池)電壓，從而形成反向電壓加可控矽VS的陽極與陰極之間，將可控矽VS關斷狀態，故不會形成反向電流向外部備用電池(外部的鋰電池)充電，即不會形成反向電流損壞外部備用電池(外部的鋰電池)，所以汽車發電機發電向汽車的電池充電過程中，不從汽車的電池上取下電池夾，也不會有反向電池向外部備用電池(外部的鋰電池)充電；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，當充電電流加上流過電阻R1的電流小於可控矽VS的維持電流，將可控矽VS關斷狀態；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，從汽車的電池上取下電池夾，可控矽VS被關斷；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，從電源埠A取下外部備用電池，可控矽VS被關斷；

當外部備用電池向汽車的電池正在充電過程中，可控矽VS關斷後，需再次操作輕觸開關SW才能實現再次向汽車的電池充電，故啟動汽車成功，汽車發電機發電後，不操作輕觸開關SW，外部備用電池不再有向汽車的電池充電的可能。

使用方法

1)當將汽車的電池接入保護電路100後，第三發光二極體發光LED3發光，說明汽車的電池反向接入到保護電路100上；

2)當將汽車的電池接入保護電路100後，第二發光二極體發光LED2發光，說明汽車的電池正向接入到保護電路100上；

3)當第二發光二極體發光LED2和第三發光二極體發光LED3均不發光，說明汽車的電池沒有接入到保護電路100上；

4)當第二發光二極體發光LED2後，按下輕觸開關SW，第一發光二極體發光LED1不閃爍一下，說明外部備用電池沒有接入保護電路100或外部備用電池反向接入保護電路100；

5)當第二發光二極體發光LED2後，按下輕觸開關SW，第一發光二極體發光LED1閃爍一下，說明外部備用電池正向接入保護電路100，且觸發可控矽VS導通。

本發明中：

當外部備用電池的正極與電源埠A的正極接線端Vin+相通，外部備用電池的負極電源埠A的負極接線端Vin-相通時，表明外部備用電池正向接入保護電路100；當外部備用電池的正極與電源埠A的負極接線端Vin-相通，外部備用電池的負極電源埠A的正極接線端Vin+相通時，表明外部備用電池反向接入保護電路100。

當汽車的電池的正極與第一電池夾B1相通，汽車的電池的負極第二電池夾B2相通時，表明汽車的電池正向接入保護電路100；當汽車的電池的正極與第二電池夾B2相通，汽車的電池的負極第一電池夾B1相通時，表明汽車的電池反向接入保護電路100。