2024年4月15日发(作者：)
2019
年第
6
期
（
总第
198
期
）
信息通信
INFORMATION
&
COMMUNICATIONS
2019
(Sum.
No
198)
高电压输入
Ex
ia
IIC
T4
Ga
本质安全型
防爆对讲机电池组设计
郭锡荣
（广州海格通宿集团股:份有限公司
，
广东广艸
510663
）
摘要:具有防爆性能的对讲机用途广泛,同时对讲机防爆性能和电池使用时长具有严格的要求
。
文章介绍了一种高电压
输入
Ex
ia
HC
T4
Ga
本质妾全型防爆对讲机及其电池组特性;设计了
■-种具有电量检测和电池电路保护功能的电池;该
对讲机通话质量高
,
防爆性能良好
，
电池待机时间长
，
性能稳定。
关键词:
本质妾全;防爆对讲机;电池
；
电量检测
；
电路保护;设计
中图分类号:
F416
文献标识码:
A
文章编号:
1673-1131
（2019
）
06-0064-02
0
引言
防爆对讲机需要要求具备特殊环境状态下的高性能工作
特性
，
同时具备适应工作场所得通信、
报警提示等功能
。
满足
特殊工作环境对通信质量要求和现场工作人员良好的用户体
验需求叫本文主要介绍一种本质安全型防爆对讲机电池组的
设计
，
其防爆等级为
ExianCT3Ga.
其电池组的防爆设计主
要涉及内部保护电路设计和结构设计两个方面
。
1
对讲机电池组保护电路防爆设计
防爆型对讲机电池充电次数为
1
000-1200
次
，
而电池使
用寿命多为一年到两年区间
，
目前对讲机多采用锂电池
，
一般
锂电池都有保护电路
，
只要不过放,或短路等
，
电池使用寿命
相对较长
。
对讲机电池采用密封结构
，
内部采取浇封处理
，
使
其浇封成一体
，
浇封材料阻断电芯及保护电路与外壳的直接
接触
。
电池外壳采用阻燃等级高于或者等于
UL94
、
防静电的
塑料外壳有较好的稳定性
。
对塑料外壳做了加固处理
，电池
在装入设备后
，
可防止设备在跌落或撞击时造成电池脱落与
变形
，
从而不影响设备本质安全性
。
电池外壳上丝印标识
，
注
电池保护电路主要由芯片
R5460N208AA
及其外围电路
明该电池仅使用在
XX
型设备上
、
警告:有爆炸性气体时请勿
更换电池
、
警告:请勿在危险场所充电等信息叭
本质安全型防爆对讲机电池内部保护电路主要由电量检
组成
，
如图
3
所示
。
测电路
、
电池保护电路
、
充电保护电路和限流电阻等组成
，
其
原理框图如图
1
所示
。
图
］
防爆对讲机电池内部电路框图
图
3
电池放电保护电路图
1.1
电量检测电路
电量检测电路主要由芯片
DS2781
及其外围电路组成
，
其
主要功能有电压测量,电流测量,测量和电池容酎算等
。
无论是在充电或放电状态下
，
都会时刻监测电池的电压、电流
和温度
，
一但出现异常情况
，
立即停止对电池的充电或放电,
1.2.1
电池组过充电检测
当电池充电时
，
通过监测
VDD
引脚和
VC
引脚间的电压
（
电池
1
的电压
）
，
同时监测
VC
引脚和
VSS
引脚间的电压
（
电
池
2
的电压当其中任何一个电压高于了过充电检测电压
保证电池的安全性
。
对讲机电池电量检测电路如图
2
所示
。
4.25V
时
，
即当过充电
COUT
引脚检测到低电平
，
则电池充电
控制电路中
N
沟道
MOSFET
管会被强制关断
。
然后系统电
64
信息通信
郭锡荣:高电压输入
Ex ia
IIC
T4
Ga
本质安全型防爆对讲机电池组设计
理与上述电池保护同样
。
只有当检测到放电过电流或负载短
路时,该电阻电路才导通
。
路需要对电池组过充电检测电路进行重置
，
拉升
COUT
接口
端电平为高电平
。
如果充电器一直连接在电池上,当电池
1
和
电池
2
的电压都低于过充电解除电压时，
过充电保护也会被
解除
。
因此
，
此过充电检测器没有迟滞功能
。
芯片利用内置
的放电过电流检测器来判断负载是否被接上
。
通过连接负载,
1.2.4
电池组充电过电流检测
当电池同时可以充电或放电时
，
监测
V-
引脚的电压
。
例
如
，
在用不合适的充电器对电池充电时,可能会有过大的充电
V-
引脚电压变得大于等于放电过电流检测器阈值电压,从而解
除过充电保护。
进一步地讲
，
当电池
1
和电池
2
中任意一个
电池电压高于过充电检测电压时,
COUT
输出''低
”
。
此时如果
断开充电器
，
接上负载
，
负载电流流通途径为经充电控制电路
的
FET
寄生二极管
，
随着电池持续放电效应,
VDD
电平降低,
电流流过
，
这将使得
V-
引脚的电压变得小于等于过充电流检
测电压
。
然后
COUT
输出变
“
低
”
，
外部
N
沟道
MOSFET
被关
断,以此来防止过大的充电电流通过
。
通过断开充电器
，
接上
负载,可以解除充电过电流保护
。
1.3
充电保护电路
充电保护电路是对电池充电端进行保护
。
由于电池的充
当
VDD
电平低于设定的过充检测电压
VI,
COUT
电平变为
高电平
。
而过充电检测
、
解除时延为控制内部电路时钟电路
电端完全暴露在电池外部
，
当电池没在充电状态时
，
充电端不
能带电
，
以避免外部短路造成点燃
。
因此
，
在电池的充电端正
极增加了三个串联的开关管
，
在不充电时
，
三个开关管处于关
设定
，
假设电池组中任意一个电池电压高于某个延时时间段
内的过充电检测电压
，
贝!
J
被控制电路判定为过充电
。
而当电
池组任意一个电池电压低于
VI
时
，
电池不充电状态下
，
在一个
时延周期内接上负载
，
电池电压超过
VI
条件下
，
将无法解除过
闭状态
，
保证在两个计数故障条件时不会产生危险
。
需要充
充电保护
。
COUT
引脚电平的高低切换通过电平转换器实现,
利用
CMOS
缓冲器把
COUT
引脚高电平设定成
VDD
值叫
电时
，
充电器会在电池的
ID
端施加一电压
，
使三个开关管打
开
，
此时可正常充电
。
1.4
限流电阻的选择
在电池的放电端添置
28
个
100mfi/2W
的电阻
，
总电阻值
1.2.2
电池组过放电检测
在电池放电检测过程
，
需要监测电池
1
的
VDD
、
VC
引脚
电氐同时检测电池
2
的
引脚电压
。
当其中任意一
个电池电压低于过放电检测电压
2.4V
时,检测到了过放电,转
为
28xl00mQ=
2.8Q,
电阻上可承受的最大总功率为
28x2W
换
DOUT
引脚电压为低电平
，
关断外部控制放电
N
沟道
MOS-
=
56W,
这样，
即使电池放电端的正负极短路,在电池的最高
电压
8.4V
时
，
最大放电电流为&
4V-2.8Q=
3A
，
总功率为
8.4Vx3A
=
25.2W,
远小于可承受的最大总功率为
56W.
FET
管，
电路不工作
，
电池停止放电
。
检测到过放电之后
，
接
入充电器充电回路
，
当电池电压高于过放电检测电压
V2
,
解除
过放电保护;
只要电池电压高于过放电解除电压
，
过放电保护
2
结语
锂离子聚合物电池应用较为广泛
，
防爆型对讲机应用过
程中由于电池为损耗部件
，
受使用频率以及使用年限限制
，
电
就会解除
，
DOUT
输出变回高电平
。
当电池电压变为
0V
时,
池性能会逐渐降低
，
直至报废更换本文通过对讲机电池组防
爆性能的设计
，
尤其是电池组电量检测电路和电池保护电路
等设计方面,充分结合使用领域的防爆性
，
确保对讲机能够长
当充电器电压时
，
转换
COUT
引脚成高电平电压
，
充电电路对
电池充电
。
一旦检测到电路存在过放电则系统电路控制芯片
IC
处于休眠状态
，
消耗电流降为最低
。
1.2.3
电池组过载检测
系统电路中的
FET
处于双都导通状态下
，
过电流检测电
路和负载短路检测电路同时处于工作状态
。
当
1.1V
（
负载短
路检测电压设定值
）
V-
弓|脚电压
0.2V
（
过电流检测电压设定值
）
期使用
。
参考文献
：
时,电路中的
VDET3
管子导通
。
当
V-
引脚电压上
1.1V
时,负
载短路检测电路开启
。
从而实现
DOUT
引脚变为低电平
，
关
断外部控制电路
MOSFETCN
沟道
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管
。
负载短路保护工作原
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