CN101719680B - 电池组均衡电路的多电平驱动电路 - Google Patents

电池组均衡电路的多电平驱动电路 Download PDF

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Abstract

电池组均衡电路的多电平驱动电路，在一PNP三极管和一NPN三极管的集电极之间串联两个或两个以上的稳压二极管组成分压电路，两个分压电路中对应的PNP和NPN三极管的射极分别连接；PNP三极管的射极连接电源端，NPN三极管的射极接地端；分压电路中的三极管的基极作为启动信号输入端，各稳压二极管电极端作为储能开关电路中的各MOS管栅极信号控制端。三极管串接稳压管组成分压电路，利用稳压管的反向击穿工作特性，使稳压管产生大电流对MOS管栅极进行同步驱动控制并满足MOS管的工作性能指标，使储能开关电路在电池电量不平衡时对电池进行均衡控制，本发明的结构简单实用、能耗低、体积小、重量轻、成本低，利于电池组均衡控制电路的小型化和集成化设计。

Description

电池组均衡电路的多电平驱动电路
技术领域
本发明涉及串联蓄电池自动均衡电路的驱动电路，特别是一种电池组均衡电路的多电平驱动电路。
背景技术
串联电池组作为储能的动力源已被广泛应用于电动车辆，电池组中，由于存在单个电池间的性能差异以及其使用寿命周期等客观因素，为避免单个电池由于过充、过放导致提前失效，使电池组的功能和性能指标达到或者接近单电池的水平，需要对电池组中单电池之间实施均衡控制。
美国专利号5479083公开的电池均衡电路(图1所示)，该电路中，串联电池组由B1、B2组成，通过充电电路12对其进行充电，均衡器包括跨接在串联连接电池的一对串联连接晶体管Q1、Q2；电感L接于这对晶体管Q1、Q2与电池B1、B2之间，振荡器14连接到晶体管Q1、Q2的门驱动信号，使得它们在相同的时间段被同时导通或截止。该电感器作为非消耗型分流器，其被交替切换来与每个电池并联，使得在一个电池上过渡的电荷被传递到另一个电池；但是该均衡电路往往有不只使用两个电池的时候，在多个电池使用时，同一控制作号驱动不同电平之间必须考虑到严格的同步，但其未对该电路进行有关描述。
美国专利号为5710504公开的一种电池均衡电路(图2所示)，其不需要来自每个电池的反馈机构获得适当的均衡，但该专利的电路需要所的有开关器件相互同步。该专利的多个串联电池，由TRF1、TRF2、TRF3、TRF4、TRF5的原边串联，接到单元40的输出端，其副边为两个匝数相同，相位相反的绕组来驱动开关单元。其驱动信号通过变压器来传递，而开关单元一般为功率MOS管，功率MOS管的控制端栅极呈容性，需要较大的瞬时驱动电流来保证驱动电压的上升沿或下降沿波形，否则会导致功率管同时处于导通状态而故障；因此需要较大功率的传输变压器来实现。
授予美国BAE系统控制有限公司的中国专利CN 1255917C公开的自动电池均衡电路(图3所示)，虽然不需要与其它服务于串联电池的均衡器同步，也不需要闭环补偿电路来获得满意的均衡效果，但其所采用的控制信号传输也是变压器，对电路的设计而言，较大功率的传输变压器不但体积大，成本高，也不利于线路工作的稳定。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型旨在提出一种结构简单、体积小、重量轻、生产成本低以及驱动控制信号严格同步的电池组均衡电路的多电平驱动电路。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：电池组均衡电路的多电平驱动电路，其特征在于：其特征在于：在一PNP三极管和一NPN三极管的集电极之间串联大于或等于两个的稳压二极管组成分压电路，两个分压电路中对应的PNP和NPN三极管的射极分别连接；PNP三极管的射极连接电源端，NPN三极管的射极接地端；各分压电路中的PNP和NPN三极管的基极作为启动信号输入端，各稳压二极管电极端作为储能开关电路中的各功率MOS管栅极信号控制端；各分压电路中稳压二极管同向串接，PNP、NPN三极管的集电极分别连接稳压二极管正、负极；每个分压电路中各稳压二极管的两极或一极与储能开关电路中的功率MOS管的栅极连接；储能开关电路为功率MOS管与电容连接组成或是由功率MOS管和谐振电感、谐振电容连接组成。本发明采用稳压二极管分压不同于电阻分压，电阻分压接于容性负载时，驱动信号的上升沿及下降沿会失真，并且随着电容的增加以及电阻的增加，失真程度将导导致电路无法正常工作，由于开关电路的MOS管的栅极输入电容较大，所以电阻必须十分小，才可保证驱动波形的正常，但小的电阻阻值，需要相当大的维持电流，这样会使电阻消耗太多的功率，因此对于电池供电的电路而言是不充许的；而本发明电路通过分压电路中上、下两个三极管的控制，在高电平时，电压通过稳压二极管加在栅极上，因为栅极的直流电阻等效为无穷大，故通过稳压二极管的电流只是使得MOS管栅极电容充电，稳压二极管设计在电源电压上，并与栅极的工作电压相符，利用稳压二极管工作的反向击穿区的伏安特性，其电流急剧上升，正符合MOS管电容充电特性，而管电容充满电后，稳压二极管上的分压并不会因为栅极直流等效无穷大而失效，此种特性，使得本发明稳压二极管只是在给栅极电容充放电时产生电流，而之后，等效零功耗。
本发明的有益效果是：通过在两个三极管串接稳压二极管组成分压电路，利用稳压二极管的反向击穿工作特性，使稳压二极管产生大电流对功率MOS管栅极进行同步驱动控制并满足MOS管的工作性能指标，使储能开关电路能在电池电量不平衡的情况下对电池进行均衡控制，本发明的结构简单实用、能耗低、体积小、重量轻、成本低，有利于电池组均衡控制电路的小型化和集成化设计。
附图说明
图1为美国专利5479083公开的电池均衡电路图；
图2为美国专利5710504公开的一种电池均衡电路图；
图3为中国专利CN1255917C公开的自动电池均衡电路图；
图4为本发明实施例一电路图；
图5为本发明实施例二电路图；
图中：1.多电平驱动电路；2.储能开关电路；3.信号放大电路。
具体实施方式
下面结合附图和各实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
如图4所示的电池组均衡电路的多电平驱动电路，由一PNP三极管Q10和一NPN三极管Q9的集电极之间串联四个的稳压二极管D1～D4组成第一分压电路，由PNP三极管Q12和一NPN三极管Q11的集电极之间串联四个的稳压二极管D5～D8组成第二分压电路，两分压电路中稳压二极管均同向串接，PNP、NPN三极管的集电极分别连接稳压二极管正、负极；将第一和第二分压电路中的PNP三极管Q10和Q12的射极连接，NPN三极管Q9和Q11的射极连接，组成本发明的多电平驱动电路1；PNP三极管的射极连接电源端，NPN三极管的射极接地端；分压电路中的PNP、NPN三极管的基极与信号放大电路3连接，储能开关电路2由十个串联的同向功率MOS管Q13～Q22与四个串联的电容C4～C7连接组成通用的电容控制开关电路，每个分压电路中各稳压二极管的两极与储能开关电路中的功率MOS管的栅极连接，每个MOS管的漏极和源极之间并联一个快速恢复二极管，以防止MOS被开关瞬间电压击穿；储能开关电路2信号输出对串联的电池BT1～BT5进行充电，本实施例的储能开关电路2结构与图2的开关单元结构和工作原理是相同的。本发明的工作原理是：信号放大电路3输出电压波形信号启动本实施例电路，当三极管Q10或Q12导通，对应Q9或Q11截止，电源电压V4通过Q10，Q12接到Q21、Q22栅极，并同时通过稳压二极管D1～D4、D5～D8分别按12V、24V、36V降压后接到MOS管Q13～Q19的栅极，使其可靠驱动；当三极管Q10、Q12截止时，对应三极管Q9、Q11导通接地，MOS管Q13～Q22栅极电容的电荷通过三极管Q9、Q11被快速泄放，稳压二极管分别降压12V、24V、36V，以保证MOS管的栅极电压工作在正常范围内，各MOS管的栅极电压与源极电压相等，可靠截止。
实施例二：
如图5所示的电池组均衡电路的多电平驱动电路，由一PNP三极管Q10和一NPN三极管Q9的集电极之间串联两个的稳压二极管D1、D2组成第一分压电路，由一PNP三极管Q12和一NPN三极管Q10的集电极之间串联两个的稳压二极管D5、D6组成第二分压电路；两分压电路中稳压二极管均同向串接，PNP、NPN三极管的集电极分别连接稳压二极管正、负极；将第一和第二分压电路中的PNP三极管Q10和Q12的射极连接，NPN三极管Q9和Q11的射极连接，组成本发明的多电平驱动电路1；PNP三极管的射极连接电源端，NPN三极管的射极接地端；分压电路中的PNP、NPN三极管的基极与信号放大电路3连接，每个储能开关电路为功率MOS管和谐振电感L、谐振电容C连接组成，分压电路中的稳压二极管与储能开关电路2中的功率MOS管的栅极连接，每个MOS管的漏极和源极之间并联一个快速恢复二极管，以防止MOS被开关瞬间电压击穿；各储能开关电路2信号输出对串联的电池BT6～BT9进行充电，储能开关电路2与图3电路中开关电路结构及工作原理相同，本实施例的多电平驱动电路工作原理同实施例一。

Claims (1)

1.电池组均衡电路的多电平驱动电路，其特征在于：在一PNP三极管和一NPN三极管的集电极之间串联大于或等于两个的稳压二极管组成分压电路，两个分压电路中对应的PNP和NPN三极管的射极分别连接；PNP三极管的射极连接电源端，NPN三极管的射极接地端；各分压电路中的PNP和NPN三极管的基极作为启动信号输入端，各稳压二极管电极端作为储能开关电路中的各功率MOS管栅极信号控制端；各分压电路中稳压二极管同向串接，PNP、NPN三极管的集电极分别连接稳压二极管正、负极；每个分压电路中各稳压二极管的两极或一极与储能开关电路中的功率MOS管的栅极连接；储能开关电路为功率MOS管与电容连接组成或是由功率MOS管和谐振电感、谐振电容连接组成。
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