CN105337356A

CN105337356A - 一种电压均衡电路

Info

Publication number: CN105337356A
Application number: CN201510797068.1A
Authority: CN
Inventors: 汤小虎
Original assignee: Nanjing Analogchiptech Semiconductor Co Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2035-11-18
Also published as: CN105337356B

Abstract

本发明公开了一种电压均衡电路，用于锂电池管理芯片，锂电池管理芯片包括电源引脚、锂电池正极引脚、均衡驱动引脚、锂电池负极引脚以及接地引脚，该电路包括启动开关、电流源、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、外部电阻、外部均衡开关、第一滤波电阻、第二滤波电阻。由于电源引脚通过第二NMOS管与均衡驱动引脚连接，因此外部均衡开关既可以是NMOS管也可以是NPN型三极管，应用范围大，且不需要断开外部均衡开关就能够对锂电池的电压进行读取，均衡效率高，还能够同时对多组锂电池进行均衡。

Description

一种电压均衡电路

技术领域

本发明涉及锂电池均衡驱动技术领域，特别是涉及一种电压均衡电路。

背景技术

随着新能源的发展，相比普通电池来说能量密度比更高的锂电池的应用也越来越广泛。应用锂电池时，多采用多节锂电池串联的方式，为了保证各节锂电池的输出电压一致，则需要采用电压均衡电路对各节锂电池的输出电压进行均衡。

参见图1所示，图1为现有技术中的一种电压均衡电路的结构示意图；该电路中的外部均衡开关可以采用三极管或MOS管，但该电路在对锂电池进行均衡时，锂电池管理芯片的锂电池正极引脚VC(n)与锂电池负极引脚VC(n-1)之间的电压差不等于锂电池的电压，因此导致锂电池管理芯片在读取锂电池的电压时必须停止均衡，降低了均衡的效率；且该电路不能同时对相连的锂电池进行均衡。

参见图2所示，图2为现有技术中的另一种电压均衡电路的结构示意图；该电路能够实现同时对多组相连的锂电池进行均衡，且在均衡时还能够同时读取锂电池的电压。但是，该电路不能驱动三极管这样的双极器件，即只能采用MOS管来作为外部均衡开关，应用范围小。

因此，如何提供一种应用范围大、均衡效率高且能够同时对相连的锂电池进行均衡的电压均衡电路是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电压均衡电路，其外部均衡开关既可以是NMOS管也可以是NPN型三极管，应用范围大，且不需要断开外部均衡开关就能够对锂电池的电压进行读取，均衡效率高，还能够同时对多组锂电池进行均衡。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电压均衡电路，用于锂电池管理芯片，所述锂电池管理芯片包括电源引脚、锂电池正极引脚、均衡驱动引脚、锂电池负极引脚以及接地引脚，包括：

启动开关的第一端与电流源的第一端相连，所述启动开关的第二端通过第一电阻与第一NMOS管的源极相连；

所述电流源的第二端通过所述接地引脚接地；

所述第一NMOS管的漏极与所述电源引脚相连，所述第一NMOS管的栅极与第二电阻的第一端并接于所述锂电池正极引脚，所述第一NMOS管的源极与所述第二电阻的第二端相连；其中，所述锂电池正极引脚通过第一滤波电阻与锂电池的正极相连；

第一PMOS管的源极与所述锂电池正极引脚相连，所述第一PMOS管的栅极与第三NMOS管的栅极并接于所述启动开关的第二端，所述第一PMOS管的漏极与所述第三NMOS管的漏极并接于第二NMOS管的栅极；

所述第二NMOS管的漏极与所述电源引脚相连，所述第二NMOS管的源极与所述均衡驱动引脚相连；

其中，所述均衡驱动引脚通过外部电阻与外部均衡开关相连；

所述第三NMOS管的源极与第二PMOS管的栅极并接于所述锂电池负极引脚；其中，所述锂电池负极引脚通过第二滤波电阻与所述锂电池的负极相连；

所述第二PMOS管的漏极与所述接地引脚相连，所述第二PMOS管的源极与第三电阻的第一端并接后通过第四电阻与所述均衡驱动引脚相连，所述第二PMOS管的栅极与所述第三电阻的第二端相连；

其中，所述第二电阻与所述第一滤波电阻的阻值比为K1，K1能够满足令所述第一滤波电阻上的压降不大于第一预设阈值；所述第三电阻与所述第二滤波电阻的阻值比为K2，K2能够满足令所述第二滤波电阻上的压降不大于第二预设阈值。

优选地，所述外部均衡开关为NMOS管或NPN型三极管。

优选地，所述第一NMOS管的开启电压为0.75V。

优选地，所述第二PMOS管的开启电压为0.75V。

优选地，所述第一滤波电阻与所述第二滤波电阻的阻值均不大于2KΩ。

优选地，所述锂电池的电压范围为2.7V-4.25V。

优选地，所述锂电池的电压为3.6V。

优选地，所述第一预设阈值为2mV。

优选地，所述第二预设阈值为2mV。

本发明提供了一种电压均衡电路，用于锂电池管理芯片，由于电源引脚通过第二NMOS管与均衡驱动引脚连接，外部均衡开关通过外部电阻与均衡驱动引脚相连，因此，该电路中的外部均衡开关既可以是NMOS管也可以是NPN型三极管，提高了该电路的应用范围。

另外，因为流过第一滤波电阻的电流等于流过第二电阻的电流，流过第二滤波电阻的电流等于流过第三电阻的电流，而又因为第二电阻两端的电压以及第三电阻两端的电压均为NMOS管的开启电压，是基本固定的，因此，本发明中通过对第二电阻与第一滤波电阻的阻值比以及第三电阻与第二滤波电阻的阻值比进行限定，使得第一滤波电阻上的压降以及第二滤波电阻上的压降在分别不大于第一阈值(例如2mV)以及第二阈值(例如2mV)时可以忽略不计，使锂电池正极引脚以及锂电池负极引脚之间的电压差等于锂电池的电压，因此不需要断开外部均衡开关就能够对锂电池的电压进行读取，均衡效率高，且能够同时对多组锂电池进行均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种电压均衡电路的结构示意图；

图2为现有技术中的另一种电压均衡电路的结构示意图；

图3为本发明提供的一种电压均衡电路的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种电压均衡电路的结构示意图；

其中，图2-图4中：

CELL—锂电池、RCB—外部均衡电阻、RF1—第一滤波电阻、RF2—第二滤波电阻、CF1—第一滤波电容、CF2—第二滤波电容、Rsw—外部均衡开关的导通阻抗、Rb—外部电阻、M1—外部MOS管、Q1—外部三极管、VC(n)—锂电池正极引脚、VC(n-1)—锂电池负极引脚、VCC—电源引脚、CB(n)—均衡驱动引脚、GNDA—接地引脚、A1—电流源、S1—启动开关、R1—第一电阻、R2—第二电阻、R3—第三电阻、R4—第四电阻、MN1—第一NMOS管、MN2—第二NMOS管、MN3—第三NMOS管、MN4—第四NMOS管、MP1—第一PMOS管、MP2—第二PMOS管、MP3—第三PMOS管。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电压均衡电路，其外部均衡开关既可以是NMOS管也可以是NPN型三极管，应用范围大，且不需要断开外部均衡开关就能够对锂电池的电压进行读取，均衡效率高，还能够同时对多组锂电池进行均衡。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种电压均衡电路，用于锂电池管理芯片，该锂电池管理芯片包括电源引脚VCC、锂电池正极引脚VC(n)、均衡驱动引脚CB(n)、锂电池负极引脚VC(n-1)以及接地引脚GNDA，参见图3所示，图3为本发明提供的一种电压均衡电路的结构示意图；该电路包括：

启动开关S1的第一端与电流源A1的第一端相连，启动开关S1的第二端通过第一电阻R1与第一NMOS管MN1的源极相连；

电流源A1的第二端通过接地引脚GNDA接地；

第一NMOS管MN1的漏极与电源引脚VCC相连，第一NMOS管MN1的栅极与第二电阻R2的第一端并接于锂电池正极引脚VC(n)，第一NMOS管MN1的源极与第二电阻R2的第二端相连；其中，锂电池正极引脚VC(n)通过第一滤波电阻RF1与锂电池的正极相连；

其中，这里的第一NMOS管MN1以及第二NMOS管MN2的开启电压一般均为0.75V。当然，本发明对开启电压的具体数值不做特别限定。

第一PMOS管MP1的源极与锂电池正极引脚VC(n)相连，第一PMOS管MP1的栅极与第三NMOS管MN3的栅极并接于启动开关S1的第二端，第一PMOS管MP1的漏极与第三NMOS管MN3的漏极并接于第二NMOS管MN2的栅极；

第二NMOS管MN2的漏极与电源引脚VCC相连，第二NMOS管MN2的源极与均衡驱动引脚CB(n)相连；

其中，均衡驱动引脚CB(n)通过外部电阻Rb与外部均衡开关相连；

作为优选地，这里的外部均衡开关可以为NMOS管或者NPN型三极管。

其中，这里的三极管为2N3904这样的NPN型双极器件。当然，工作人员可以根据实际情况决定采用的外部均衡开关的类型，本发明对此并不限定。当外部均衡开关采用PMOS管或者2N3906这样的PNP型双极器件时，电路参见图4所示，图4为本发明提供的另一种电压均衡电路的结构示意图，图4是在图3的基础上增加了一级倒相器(MP3&MN4)，MN2与MP2的电路进行简单的调整。

可以理解的是，由于三极管这样的双极器件的ESD性能优于NMOS管，当外部均衡开关采用NMOS管的时候，NMOS管容易在受到ESD干扰的情况下损坏；且三极管的成本低。当然，本发明对具体采用的外部均衡开关的类型并不做限定，工作人员可以根据实际情况自行决定。

第三NMOS管MN3的源极与第二PMOS管MP2的栅极并接于锂电池负极引脚VC(n-1)；其中，锂电池负极引脚VC(n-1)通过第二滤波电阻RF2与锂电池的负极相连；

第二PMOS管MP2的漏极与接地引脚GNDA相连，第二PMOS管MP2的源极与第三电阻R3的第一端并接后通过第四电阻R4与均衡驱动引脚CB(n)相连，第二PMOS管MP2的栅极与第三电阻R3的第二端相连；

另外，这里的第二PMOS管MP2的开启电压一般为0.75V。当然，本发明对开启电压的具体数值不做特别限定。

此外，本发明对第一PMOS管MP1以及第三NMOS管MN3的开启电压均不做限定。

其中，第二电阻R2与第一滤波电阻RF1的阻值比为K1，K1能够满足令第一滤波电阻RF1上的压降不大于第一预设阈值；第三电阻R3与第二滤波电阻RF2的阻值比为K2，K2能够满足令第二滤波电阻RF2上的压降不大于第二预设阈值。

可以理解的是，流过第二电阻R2与第一滤波电阻RF1的电流相同，流过第三电阻R3和第二滤波电阻RF2的电流也相同，则第二电阻R2与第一滤波电阻RF1上的电压比等于第二电阻R2与第一滤波电阻RF1的阻值比，同理，第三电阻R3和第二滤波电阻RF2上的电压比也等于第三电阻R3和第二滤波电阻RF2的阻值比；

由于第二电阻R2两端的电压等于第一NMOS管MN1的开启电压，第三电阻R3两端的电压等于第二PMOS管MP2的开启电压，而第一NMOS管MN1与第二PMOS管MP2的开启电压是基本固定的，因此，通过限定第二电阻R2与第一滤波电阻RF1以及第三电阻R3和第二滤波电阻RF2的阻值比，即可以使第一滤波电阻RF1与第二滤波电阻RF2上的压降分别不大于第一阈值与第二阈值。

其中，这里的第一阈值与第二阈值均可以设定为2mV。当然，本发明对第一阈值与第二阈值的具体数值不做限定，工作人员可根据实际情况自行设定。

另外，这里的锂电池的电压范围为2.7V-4.25V，例如可以为3.6V。当然，本发明并不限定锂电池的电压数值。

可见，相比锂电池的电压来说，第一滤波电阻RF1与第二滤波电阻RF2的分压可忽略不计，因此锂电池正极引脚VC(n)以及锂电池负极引脚VC(n-1)之间的电压差等于锂电池的电压，该电路在均衡的同时能够读取锂电池的电压，均衡效率高。

作为优选地，这里的第二电阻R2和第三电阻R3的阻值均可以为1000KΩ，或者可以均取510KΩ。当然，本发明对此不作限定。

另外，这里的第一滤波电阻RF1与第二滤波电阻RF2的阻值均不大于2KΩ，例如，可以均取1KΩ或者均取510Ω。当然，以上均为优选方案，本发明对第一滤波电阻RF1与第二滤波电阻RF2的阻值的具体数值并不做限定。

为方便对本发明方案的理解，下面对本发明提供电源驱动电路的工作原理进行具体的介绍：

假设第一NMOS管MN1和第二PMOS管MP2的开启电压均为0.75V，第二电阻R2和第三电阻R3的阻值均为1000KΩ，第一滤波电阻RF1和第二滤波电阻RF2的阻值均为1KΩ，外部均衡开关为外部三极管Q1，锂电池电压为3.6V。

启动开关S1闭合后，电流源A1输出的电流通过第一电阻R1后流过第一NMOS管MN1和第二电阻R2，其中，大部分电流通过第一NMOS管MN1流到了电源引脚VCC，第二电阻R2上的电压等于第一NMOS管MN1的开启电压，等于0.75V，因此流过第二电阻R2的电流为0.75uA，该电流通过锂电池正极引脚VC(n)流过第一滤波电阻RF1，第一滤波电阻RF1的阻值为1KΩ，此时第一滤波电阻RF1上的压降为0.75mV，与锂电池的电压相比可忽略不计。

启动开关S1闭合后，第一PMOS管MP1开启，第三NMOS管MN3关闭，导致第二NMOS管MN2开启，此时电流通过第四电阻R4后流过第二PMOS管MP2和第三电阻R3，第三电阻R3上的电压等于第二PMOS管MP2的开启电压，等于0.75V，因此流过第三电阻R3的电流为0.75uA，该电流通过锂电池负极引脚VC(n-1)流过第二滤波电阻RF2，第二滤波电阻RF2的阻值为1KΩ，此时第二滤波电阻RF2上的压降为0.75mV，与锂电池的电压相比可忽略不计。

另外，当第二NMOS管MN2开启后，均衡驱动引脚CB(n)处的电压的关系式为：

VCB＝VCELL-VTH(MN2)

其中，VCELL为锂电池的电压，VTH(MN2)为第二NMOS管MN2的开启电压；

此时，均衡驱动引脚CB(n)通过第二NMOS管MN2与电源引脚VCC相连，由于外部三极管Q1通过外部电阻Rb与均衡驱动引脚CB(n)相连，因此可以驱动外部三极管Q1。且由于第二NMOS管MN2的漏极与电源引脚VCC相连，因此流过第二NMOS管MN2的电流不会流过第一滤波电阻RF1和第二滤波电阻RF2，不会影响锂电池正极引脚VC(n)和锂电池负极引脚VC(n-1)之间的压降。

另外，由于第一NMOS管MN1的开启电压与第一电阻R1上的电压之和大于预设电压阈值(例如7V)，而该预设电压阈值大于锂电池的电压，因此在锂电池的电压波动时，该电路也能够正常工作，而不会造成误动作。

同时，由于该电路消耗的电流都是轨至轨的，电源引脚VCC和接地引脚GNDA之间不会人为造成不均衡的情况。

当然，本发明对预设电压阈值的具体数值并不做特别限定。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电压均衡电路，用于锂电池管理芯片，所述锂电池管理芯片包括电源引脚、锂电池正极引脚、均衡驱动引脚、锂电池负极引脚以及接地引脚，其特征在于，包括：

所述电流源的第二端通过所述接地引脚接地；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述外部均衡开关为NMOS管或NPN型三极管。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一NMOS管的开启电压为0.75V。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二PMOS管的开启电压为0.75V。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一滤波电阻与所述第二滤波电阻的阻值均不大于2KΩ。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述锂电池的电压范围为2.7V-4.25V。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述锂电池的电压为3.6V。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一预设阈值为2mV。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二预设阈值为2mV。