CN103178580A - 用于级联以及串联电池组管理的接口电路及其方法 - Google Patents

用于级联以及串联电池组管理的接口电路及其方法 Download PDF

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Abstract

提供一种用于级联以及串联电池组管理的接口电路及其方法。用于级联电池组管理的接口电路包括主微控制器、从微控制器、接收光耦合器及发射光耦合器；主微控制器耦接到第一电池组块；从微控制器耦接到第二电池组块；接收光耦合器具有输入端，其耦接到主微控制器的输出端，且接收光耦合器具有输出端，其耦接到从微控制器的输入端；发射光耦合器具有输入端，其耦接到从微控制器的输出端，且发射光耦合器具有输出端，其耦接到主微控制器的输入端；主微控制器使用脉冲宽度调制经由发射光耦合器以及接收光耦合器以与从微控制器通信。

Description

用于级联以及串联电池组管理的接口电路及其方法
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2012年2月20日申请的美国临时申请案第61/600，840号的优先权。上述专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中，且成为本说明书的一部分。
技术领域
本发明涉及用于电源管理的装置，尤其涉及一种用于级联(cascade)以及串联(series)电池组管理的接口电路(interface circuit)及其方法。
背景技术
锂聚合物(lithium polymer)或锂铁(lithium-iron)电池组电池的输出电压通常较低，且在需要提供高电压输出时需对其进行级联。当串联电池组时，需要电池组管理电路来控制电池电压并保护电池组。正常来说，电池组管理电路执行电池平衡(cell-balance)的测量以及剩余电量(fuel-gauge)的测量。然而，电池组管理电路主要通过低电压IC工艺制成，且串联连接的每个电池组块分别自带具有不同接地的电池组管理电路。是难以从具有不同接地的电池组块访问数据的。因此，需要一种用于这些级联电池组管理电路之间的通信的接口电路。
发明内容
本发明提供一种用于级联电池组管理的接口电路。接口电路包括主(main)微控制器、从(slave)微控制器、接收光耦合器以及发射光耦合器；主微控制器耦接到第一电池组块(battery block)，且从微控制器耦接到第二电池组块；接收光耦合器具有输入端，其耦接到主微控制器的输出端，且接收光耦合器具有输出端，其耦接到从微控制器的输入端；发射光耦合器具有输入端，其耦接到从微控制器的输出端，且发射光耦合器具有输出端，其耦接到主微控制器的输入端；主微控制器使用脉冲宽度调制(pulse-width-modulation；PWM)经由发射光耦合器以及接收光耦合器与从微控制器通信。
另一方面，本发明还提供用于串联电池组管理的接口电路。接口电路包括主微控制器、从微控制器、接收光耦合器以及发射光耦合器；主微控制器耦接到第一电池组块；从微控制器耦接到第二电池组块；接收光耦合器具有输入端，其耦接到主微控制器的输出端，且接收光耦合器具有输出端，其耦接到从微控制器的输入端；发射光耦合器具有输入端，其耦接到从微控制器的输出端，且发射光耦合器具有输出端，其耦接到主微控制器的输入端；主微控制器的输出端并联耦接到第二接收光耦合器的输入端；第二接收光耦合器的输出端耦接到第二从微控制器；主微控制器的输入端并联耦接到第二发射光耦合器的输出端。第二发射光耦合器的输入端耦接到第二从微控制器。
另一方面，本发明还提供用于级联电池组管理的接口电路的方法。所述方法包括以下步骤。配置主微控制器，使其耦接到第一电池组块；配置从微控制器，使其耦接到第二电池组块；配置接收光耦合器，其中所述接收光耦合器具有输入端，其耦接到主微控制器的输出端，且所述接收光耦合器具有输出端，其耦接到从微控制器的输入端；配置发射光耦合器，其中所述发射光耦合器具有输入端，其耦接到从微控制器的输出端，且所述发射光耦合器具有输出端，其耦接到主微控制器的输入端；主微控制器使用脉冲宽度调制(PWM)经由发射光耦合器以及接收光耦合器与从微控制器通信。
另一方面，本发明还提供用于串联电池组管理的接口电路的方法。所述方法包括以下步骤。配置主微控制器，使其耦接到第一电池组块；配置从微控制器与第二从微控制器，使其分别耦接到第二电池组块；配置接收光耦合器，其中所述接收光耦合器具有输入端，其耦接到主微控制器的输出端，且所述接收光耦合器具有输出端，其耦接到从微控制器的输入端；配置发射光耦合器，其中所述发射光耦合器具有输入端，其耦接到从微控制器的输出端，且所述发射光耦合器具有输出端，其耦接到主微控制器的输入端；配置第二接收光耦合器，其中第二接收光耦合器具有输入端，其并联耦接到主微控制器的输出端，第二接收光耦合器的输出端耦接到第二从微控制器，主微控制器的输入端并联耦接到第二发射光耦合器的输出端，且第二发射光耦合器的输入端耦接到第二从微控制器；主微控制器使用脉冲宽度调制(PWM)经由发射光耦合器、接收光耦合器以及第二接收光耦合器与从微控制器以及第二从微控制器通信。
附图说明
包含附图以提供对本发明的进一步理解，且所述附图并入于本说明书中，并构成本说明书的一部分。所述附图说明本发明的示范性实施例，并与描述一起用以解释本发明的原理。
图1展示说明根据本发明实施例的可寻址接口电路的示意图。
图2展示说明根据本发明实施例的图1的电路20、...、50以及60的方框图。
图3展示根据本发明实施例的用于图2的端子SOX以及SINX中的级联通信的数字波形图。
图4展示根据本发明实施例的用于端子SOX以及SINX中的串行通信的波形图。
具体实施方式
图1展示说明根据本发明实施例的用于级联电池组管理的可寻址(addressable)接口电路的示意图。电池组10_A到19_A、10_B到19_B以及10_M到19_M以串联(series)配置或以级联(cascade)配置连接。主电路20经配置以用于电池组10_M到19_M的电池组管理。电池组10_M到19_M可视为第一电池组块。主电路20的输入端VM1到VMN连接到电池组10_M到19_M。从电路50也经配置以用于电池组10_B到19_B的电池组管理。电池组10_M到19_M以及电池组10_B到19_B可视为用于耦接到从微控制器50及60的第二电池组块。从电路50的输入端VB1到VBN连接到电池组10_B到19_B。另一从电路60经配置以用于电池组10_A到19_A的电池组管理。从电路60的输入端VA1到VAN连接到电池组10_A到19_A。主电路20具有与主机中央处理单元(CPU)通信的接口电路。从电路50具有经由光耦合器51以及52与主电路20通信的接口电路。从电路60具有经由光耦合器61及62与主电路20通信的接口电路。光耦合器51及61可视为接收光耦合器，且光耦合器52及62可视为发射(transmitting)光耦合器。
主电路20的输出端SOM经由电阻器54耦接到光耦合器52的输入端。从电路50的输入端SINB耦接到光耦合器52的输出端。从电路50的输出端SOB经由电阻器53耦接到光耦合器51的输入端。光耦合器51的输出端耦接到主电路20的输入端SINM。电阻器25连接到输入端SINM，用于将输入端SINM的电压电平拉高。光耦合器52及62的输入端则接收电源电压VCC。
主电路20的输出端SOM经由电阻器64进一步耦接到光耦合器62的输入端。光耦合器62的输出端耦接到从电路60的输入端SINA。从电路60的输出端SOA经由电阻器63耦接到光耦合器61的输入端。光耦合器61的输出端耦接到主电路20的输入端SINM。
图2展示说明根据本发明实施例的图1的电路20、...、50以及60的方框图。在根据本发明的实施例中，电路20、...、50以及60具有相同的功能结构。以电路60为例，电路60包含多路复用器(multiplexer；MUX)110，其具有耦接到电池组10_X...19_X(例如，10_A...19_A)的输入端VX1...VXN(例如，VA1...VAN等)。多路复用器110的输出端耦接到模数转换器(analog-to-digital converter；A/D)120，其用于将电池组10_X...19_X的电池电压转换为与微控制器150通信的数字代码(digital code)。微控制器(microcontroller；MCU)150具有耦接到光耦合器以用于通信的输出端SOX(例如，SOA)以及输入端SINX(例如，SINA)。微控制器150执行脉冲宽度调制来表示数据，例如，由脉冲宽度调制(PWM)表示的逻辑零或逻辑一。
图3展示根据本发明实施例的用于图2的端子SOX以及SINX中的级联通信的数字波形图。与端子SOX以及SINX通信的信号为低真(low-true)信号。短周期(T0)脉冲表示逻辑零。T0周期比5微秒长，且比5微秒短的脉冲信号会被忽略。长周期(T1)脉冲表示逻辑一(例如，T1可比T0的三倍还长)。布置于信号T0与T1的出现之间的空白周期(TN)必须比T1周期长。因此，微控制器150可在不需要同步时钟的情况下产生串行通信。
图4展示根据本发明实施例的用于端子SOX以及SINX中的串行通信的波形图。脉冲宽度调制(PWM)信号产生包含起始信号、结束信号以及数据信号的帧。起始信号(S)与结束信号(E)之间展示为可用的数据可以是命令(COM)、地址(ADR)或数据(DAT)。换句话说，数据信号是与命令(COM)、地址(ADR)和/或数据(DAT)的结合。
因此，图1的主电路20分别经由光耦合器52以及62将数据发送到从电路50以及60。从电路50经由光耦合器51向主电路20答复(reply)数据。从电路60经由光耦合器61向主电路20答复数据。从电路50或从电路60仅响应于主电路20所指定的地址(SDR)而向主电路20答复。从主电路20发送的数据将与从电路50以及60进行通信。在一段时间内，将仅允许从电路50以及60中的一者向主电路20答复数据。因此，光耦合器52以及62的输入端可由主电路20进行并联驱动。光耦合器51以及61的输出端可并联耦接到主电路20。
虽然已详细地描述了本发明及其优势，但应理解，在不脱离本发明的精神及范围的情况下，可在本文中进行各种改变、替代以及更改。即，本发明中所包含的论述的意图在于用作基本描述。应理解，特定的论述可能不会详尽描述所有可行的实施例，而是隐含了许多替代。可能不会充分解释本发明的一般本质，且可能不会明确展示每个特征或元件可如何实际地表示更宽泛的功能或表示多种多样的替代或等效元件。且，这些内容隐含地包含于本发明中。描述或术语的意图均不在于限制本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于级联电池组管理的接口电路，其特征在于，包括：
主微控制器，其耦接到第一电池组块；
从微控制器，其耦接到第二电池组块；
接收光耦合器，所述接收光耦合器具有输入端，其耦接到所述主微控制器的输出端，且所述接收光耦合器具有输出端，其耦接到所述从微控制器的输入端；以及
发射光耦合器，所述发射光耦合器具有输入端，其耦接到所述从微控制器的输出端，且所述发射光耦合器具有输出端，其耦接到所述主微控制器的输入端，
其中，所述主微控制器使用脉冲宽度调制经由所述发射光耦合器以及所述接收光耦合器与所述从微控制器通信。
2.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于脉冲宽度调制信号表示逻辑零或逻辑一。
3.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于脉冲宽度调制信号产生包含起始信号、结束信号以及数据的帧。
4.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于所述主微控制器的所述输出端并联耦接到另一接收光耦合器的输入端，且所述另一接收光耦合器的输出端耦接到第二从微控制器。
5.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于所述主微控制器的所述输入端并联耦接到另一发射光耦合器的输出端，且所述另一发射光耦合器的输入端耦接到第二从微控制器。
6.一种用于串联电池组管理的接口电路，其特征在于，包括：
主微控制器，其耦接到第一电池组块；
从微控制器以及第二从微控制器，其分别耦接到第二电池组块；
接收光耦合器，所述接收光耦合器具有输入端，其耦接到所述主微控制器的输出端，且所述接收光耦合器具有输出端，其耦接到所述从微控制器的输入端；
发射光耦合器，所述发射光耦合器具有输入端，其耦接到所述从微控制器的输出端，且所述发射光耦合器具有输出端，其耦接到所述主微控制器的输入端；以及
第二接收光耦合器，所述第二接收光耦合器具有输入端，其并联耦接到所述主微控制器的所述输出端，其中所述第二接收光耦合器的输出端耦接到所述第二从微控制器，所述主微控制器的所述输入端并联耦接到第二发射光耦合器的输出端，且所述第二发射光耦合器的输入端耦接到所述第二从微控制器，其中所述主微控制器使用脉冲宽度调制经由所述发射光耦合器、所述接收光耦合器以及所述第二接收光耦合器与所述从微控制器以及所述第二从微控制器通信。
7.根据权利要求6所述的接口电路，其特征在于脉冲宽度调制信号表示逻辑零或逻辑一。
8.根据权利要求6所述的接口电路，其特征在于脉冲宽度调制信号产生包含起始信号、结束信号以及数据的帧。
9.一种用于级联电池组管理的接口电路的方法，其特征在于，包括：
配置主微控制器，使其耦接到第一电池组块；
配置从微控制器，使其耦接到第二电池组块；
配置接收光耦合器，其中所述接收光耦合器具有输入端，其耦接到所述主微控制器的输出端，且所述接收光耦合器具有输出端，其耦接到所述从微控制器的输入端；
配置发射光耦合器，其中所述发射光耦合器具有输入端，其耦接到所述从微控制器的输出端，且所述发射光耦合器具有输出端，其耦接到所述主微控制器的输入端；以及
由所述主微控制器使用脉冲宽度调制经由所述发射光耦合器以及所述接收光耦合器与所述从微控制器通信。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于脉冲宽度调制信号表示逻辑零或逻辑一。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于脉冲宽度调制信号产生包含起始信号、结束信号以及数据的帧。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
配置另一接收光耦合器，其中所述主微控制器的所述输出端并联耦接到所述另一接收光耦合器的输入端，且所述另一接收光耦合器的输出端耦接到第二从微控制器。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
配置另一发射光耦合器，其中所述主微控制器的所述输入端并联耦接到所述另一发射光耦合器的输出端，且所述另一发射光耦合器的输入端耦接到第二从微控制器。
14.一种用于串联电池组管理的接口电路的方法，其特征在于，包括：
配置主微控制器，使其耦接到第一电池组块；
配置从微控制器以及第二从微控制器，使其分别耦接到第二电池组块；
配置接收光耦合器，其中所述接收光耦合器具有输入端，其耦接到所述主微控制器的输出端，且所述接收光耦合器具有输出端，其耦接到所述从微控制器的输入端；
配置发射光耦合器，其中所述发射光耦合器具有输入端，其耦接到所述从微控制器的输出端，且所述发射光耦合器具有输出端，其耦接到所述主微控制器的输入端；
配置第二接收光耦合器，其中所述第二接收光耦合器具有输入端，其并联耦接到所述主微控制器的所述输出端，所述第二接收光耦合器的输出端耦接到所述第二从微控制器，所述主微控制器的所述输入端并联耦接到第二发射光耦合器的输出端，且所述第二发射光耦合器的输入端耦接到所述第二从微控制器；以及
由所述主微控制器使用脉冲宽度调制经由所述发射光耦合器、所述接收光耦合器以及所述第二接收光耦合器与所述从微控制器以及所述第二从微控制器通信。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于脉冲宽度调制信号表示逻辑零或逻辑一。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于脉冲宽度调制信号产生包含起始信号、结束信号以及数据的帧。
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