[实用新型]直流等压恒流充电UPS保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是指一种直流等压恒流充电UPS保护电路。

背景技术

现代社会电子产品发展日新月异，特别数码产品创新层出不穷。电池产品的核心动力能源也要求越来越高，特别是备用电源、移动电源应用也越来越广，深入到各行各业。比如监控电源，需要12V输入，12V输出，同时给备用电池充电。其他大量的工业设备也是需要12V不间断电源供电。外部电源停电或者断电不能影响设备工作，需要无缝切换到备用电池供电，中途无法人工切换或者有切换时间。

目前市面只有大功率220V交流市电UPS电源，低压直流小功率UPS电源是市场空白，各行各业对低压直流不间断供电的需求找不到合理成熟解决方案，只能采用最原始的且不安全的低级解决办法，也就是由充电器输入与负载和电池三者直接并联供电，结果电池充电或者设备工作耗电都直接将充电器输入电压拉低，造成电池高频率被动充放电而寿命极度缩短，电池电量利用率极低，充电器供电不稳定导致设备工作不稳定等等弊病。

现有传统的不间断电源供电办法的弊病：以运用最广泛的12V备用电池供电解决办法为例，锂电池充电器、设备负载、电池组三者直接并联。(其他电池组电压的原理类似)如图1所示的传统方法，锂电池充电和供电接线图，电池、负载、充电器三者直接并联供电和充电。

虽然充电器与电池组之间有3节锂电池串联保护电路，但是保护电路只保护一些极限值，比如：短路、过充、低压、过流等基本保护，对于正常工作电流范围内的变化无法进行识别保护。且保护电路的保护极限值都远远大于正常工作值，比如工作电流为3A的保护电路，如果设置刚好3A会受到开机瞬间大电流的影响无法正常开机，所以一般都设置保护电流都在6-10A左右，且无论哪种保护都只做一个动作，就是切断电源，使得在线设备直接关机。

由于锂电池对电压及其敏感，单节3.7V的锂电池充满电压4.2V，增加0.1V都会对锂电池造成永久性的损坏。所以，3节串联的12V锂电池组市面均采用12.6V精确电压锂电池充电器。由于此时充电器将负担电池充电和负载两部分供电，假设设备需要12V2A供电维持正常工作，锂电池充电只允许最大1A充电，由此，产生下列不良反应:

假设使用12.6V1A充电器，可以满足锂电池最大充电电流不超过1A的限制。但是明显，无法让设备开机，功率不足以满足设备工作和电池组充电功率叠加。如果采用小电流充电器，那么锂电池充电电流得到控制，但是负载可能工作不正常，因为充电器要负担电池组充电和设备供电2个负荷，充电器电压也被大幅度拉下，由于锂电池组是高精度电压充电，充电器电压被拉下后，电池组永远充不满电。另外，当充电器功率不足以给设备供电时候，变成同时电池组也在并联向负载供电，充放电严重分离不清，处于一种严重的矛盾状态，电池组的充电电流会随着负载功率大小变化而变化，电池组可能处于一种高频率被动充电和被动放电的状态。

实践使用证明：电池长期处于一种被动高频率反复充电和放电的严重不正常状态，电池寿命大幅度缩短，一般电芯正常使用寿命大约在3-5年，这样使用后寿命大约3-6个月就报废了。

假设使用12.6V3A充电器，表面上可以满足设备工作和锂电池充电，但实际设备工作是动态的，并非静态；假设设备关机情况下或者是待机情况下，功耗极低，那么充电器剩余功率会接近极限值3A对锂电池充电，导致锂电池充电电流过大损坏电池或者极度缩短电池寿命。

b，假设经过停电，电池已经全部耗电完(此时电池低压大约8V)，外部电源重新来电情况下，由于锂电池的内阻极低，一般在50毫欧左右，设备2A满足工作，可以近视看成内阻为12V/2A＝6欧姆以上，市电重新来电，此时，锂电池组由于内阻极低，将抢占充电器的大部分电量，将充电器电压拉低接近锂电池本身电压8V，并以接近3A电流对电池组充电，使得设备可能不正常工作，电池组也因为充电电流过大寿命严重缩短。

传统的电池充放电保护电路方法的弊端如此之多，但由于没有一个完美解决方案，却是现有用户主要采用的办法，依靠用户频繁更换损坏电池组为代价满足工作需要。

因此，有必要设计一种新的直流等压恒流充电UPS保护电路，以解决上述技术问题。

实用新型内容

针对背景技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种直流等压恒流充电UPS保护电路，以解决需要无人监管的备用电池充放电管理问题，确保没有人工参与情况下锂电池的安全使用。