CN105449744A - 一种带宽固定的滞环比较电路 - Google Patents

Abstract

一种带宽固定的滞环比较电路，不论基准电压Vref如何变化，带宽上限Va与基准电压Vref之间的压差始终固定为VH，带宽下限Vb与基准电压Vref之间的压差也始终固定为VL，且带宽宽度始终为VH-VL，当Vn>Va时，输出电平Vo为高电平，可触发开启均衡电路，当Vn<Vb时，输出电平Vo为低电平，可触发停止均衡电路。本发明实现输入电压Vn在参与滞环控制后的电压始终比基准电压Vref高，电路原理简单，流程清楚，易于工程实现。

Description

一种带宽固定的滞环比较电路

技术领域

本发明涉及一种带宽固定的滞环比较电路。

背景技术

由多个锂离子蓄电池单体组成的锂离子蓄电池组在存储自耗以及充放电过程中，会造成锂离子蓄电池单体间的电压有所差异。一般单体间电压差在一两百毫伏属正常情况，但长时间不采取措施，在应用过程中极易产生单体过充或过放现象，甚至造成单体失效，影响蓄电池组的使用寿命。

目前均衡管理技术的控制部分主要以比较器的滞环比较器为主，如图1所示，是一般滞环比较器的原理图，采用比较器实现滞环控制，滞环输出Vo高电平为12V，低电平为0V，当Vn>Vref*(R2+R3)/R3-0*R2/R3时，输出电平Vo为高电平；当电压Vn<Vref*(R2+R3)/R3-12*R2/R3时，输出电平Vo为低电平；当（Vref*(R2+R3)/R3-12*R2/R3）<Vn<（Vref*(R2+R3)/R3-0*R2/R3）时，输出电平Vo保持前一时刻Vo的输出状态，具体输出波形如图2所示。从图2中可以看出，滞环带的下限值Vb=3.96V小于基准电压值Vref=4V，易造成提前均衡，及过均衡现象，例如当单体电压Vn=4.03V时，该单体即进入均衡状态，随着均衡的进行，单体电压Vn下降到4V时，仍未停止均衡，只有当Vn=3.96V时，才退出均衡，注意，此时单体电压Vn=3.96V比基准电压差40mV，反而比均衡之前4.03V与基准电压之差30mV更大，因此，该滞环实现方法在均衡使用方面有一定的局限性，该滞环控制技术实现的滞环带的下限比基准电压（平均电压或最低电压）低几十毫伏，造成发生均衡的单体经过均衡后的电压比基准电压低。虽在一定的程度上实现了单体的均衡，但造成了额外的单体容量损失。因此，一般发生均衡的单体，在经过一段时间的均衡后，人为地采取软件复位的形式，提前将处于均衡状态的单体脱离均衡状态，避免单体额外容量的损失，无法实现自主均衡控制。

上述滞环带的下限比基准电压低，且均衡过程中，需软件控制介入，才能避免已满足单体间均衡要求的单体继续进行均衡管理。因此有必要设计专门的滞环实现方式，使发生均衡的单体一旦满足单体间差异性要求，即停止均衡。一方面避免发生均衡的单体满足差异性要求后，仍继续均衡；另一方面避免常规工作状态下，软件控制的介入，最终实现自主均衡控制。

发明内容

本发明提供一种带宽固定的滞环比较电路，实现输入电压在参与滞环控制后的电压始终比基准电压Vref高，电路原理简单，流程清楚，易于工程实现。

为了达到上述目的，本发明提供一种带宽固定的滞环比较电路，包含：

基准电压Vref和滞环带下限与基准电压压差VL经过第一叠加电路输出带宽下限Vb，Vb=Vref+VL；

基准电压Vref与滞环带上限与基准电压压差VH经过第二叠加电路输出带宽上限Va，Va=Vref+VH；

第一叠加电路的输出端连接第一比较器的负极输入端，带宽下限Vb输入第一比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第一比较器的正极输入端，第一比较器的输出端输出第一电平信号V1，当第一比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第一比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第二叠加电路的输出端连接第二比较器的负极输入端，带宽上限Va输入第二比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第二比较器的正极输入端，第二比较器的输出端输出第二电平信号V2，当第二比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第二比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第一二极管的正极端连接第二比较器的输出端，第二二极管的正极端连接第二与门的输出端，第一二极管的负极端与第二二极管的负极端同时连接第一与门的第二输入端，第二电平信号V2与输出电平信号Vo经过第一二极管和第二二极管的比较后，取最大值输出，作为第三电平信号V3；

第一比较器的输出端连接第一与门的第一输入端，第一电平信号V1输入第一与门的第一输入端，第三电平信号V3输入第一与门的第二输入端，第一与门的输出端输出第四电平信号V4，V4=V1·V3；

第一比较器的输出端连接第二与门的第一输入端，第一与门的输出端连接第二与门的第二输入端，第一电平信号V1输入第二与门的第一输入端，第四电平信号V4输入第二与门的第二输入端，第二与门的输出端输出输出电平信号Vo，Vo=V1·V4，该输出电平信号Vo触发均衡电路开始或停止对输入电压Vn的电压值进行调节；

当Vn>Va时，输出电平信号Vo为1；Vn<Vb时，输出电平信号Vo输出为0；当Vb<Vn<Va时，输出电平信号Vo为前一时刻的输出电平信号Vo。

本发明还提供一种带宽固定的滞环比较电路，包含：

基准电压Vref和滞环带下限与基准电压压差VL经过第一叠加电路输出带宽下限Vb，Vb=Vref+VL；

基准电压Vref与滞环带上限与基准电压压差VH经过第二叠加电路输出带宽上限Va，Va=Vref+VH；

第一叠加电路的输出端连接第一比较器的负极输入端，带宽下限Vb输入第一比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第一比较器的正极输入端，第一比较器的输出端输出第一电平信号V1，当第一比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第一比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第二叠加电路的输出端连接第二比较器的负极输入端，带宽上限Va输入第二比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第二比较器的正极输入端，第二比较器的输出端输出第二电平信号V2，当第二比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第二比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

或门的第一输入端连接第二比较器的输出端，或门的第二输入端连接第二与门的输出端，或门的输出端连接第一与门的第二输入端，第二电平信号V2输入或门的第一输入端，输出电平信号Vo输入或门的第二输入端，或门输出第三电平信号V3，V3=V2+Vo；

第一比较器的输出端连接第一与门的第一输入端，第一电平信号V1输入第一与门的第一输入端，第三电平信号V3输入第一与门的第二输入端，第一与门的输出端输出第四电平信号V4，V4=V1·V3；

第一比较器的输出端连接第二与门的第一输入端，第一与门的输出端连接第二与门106的第二输入端，第一电平信号V1输入第二与门的第一输入端，第四电平信号V4输入第二与门的第二输入端，第二与门的输出端输出输出电平信号Vo，Vo=V1·V4，该输出电平信号Vo触发均衡电路开始或停止对输入电压Vn的电压值进行调节；

当Vn>Va时，输出电平信号Vo为1；Vn<Vb时，输出电平信号Vo输出为0；当Vb<Vn<Va时，输出电平信号Vo为前一时刻的输出电平信号Vo。

本发明实现输入电压在参与滞环控制后的电压始终比基准电压Vref高，电路原理简单，流程清楚，易于工程实现。

附图说明

图1是背景技术中滞环比较器的原理图。

图2是图1的输入输出波形图。

图3是本发明提供的带宽固定的滞环比较电路的电路图。

图4是图3中输出电平信号Vo关于输入信号Vn的波形图。

具体实施方式

以下根据图3和图4，具体说明本发明的较佳实施例。

如图3所示，本发明提供一种带宽固定的滞环比较电路，包含：

基准电压Vref和滞环带下限与基准电压压差VL经过第一叠加电路101输出带宽下限Vb，Vb=Vref+VL；

基准电压Vref与滞环带上限与基准电压压差VH经过第二叠加电路102输出带宽上限Va，Va=Vref+VH；

第一叠加电路101的输出端连接第一比较器103的负极输入端，带宽下限Vb输入第一比较器103的负极输入端，输入电压Vn输入第一比较器103的正极输入端，第一比较器103的输出端输出第一电平信号V1，当第一比较器103的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第一比较器103的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第二叠加电路102的输出端连接第二比较器104的负极输入端，带宽上限Va输入第二比较器104的负极输入端，输入电压Vn输入第二比较器104的正极输入端，第二比较器104的输出端输出第二电平信号V2，当第二比较器104的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第二比较器104的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第一二极管107的正极端连接第二比较器104的输出端，第二二极管108的正极端连接第二与门106的输出端，第一二极管107的负极端与第二二极管108的负极端同时连接第一与门105的第二输入端，第二电平信号V2与输出电平信号Vo经过第一二极管107和第二二极管108的比较后，取最大值输出，作为第三电平信号V3（所述的第一二极管107和第二二极管108的功能为或门的功能，亦可采用专门的或门电路来代替第一二极管107和第二二极管108）；

第一比较器103的输出端连接第一与门105的第一输入端，第一电平信号V1输入第一与门105的第一输入端，第三电平信号V3输入第一与门105的第二输入端，第一与门105的输出端输出第四电平信号V4，V4=V1·V3；

第一比较器103的输出端连接第二与门106的第一输入端，第一与门105的输出端连接第二与门106的第二输入端，第一电平信号V1输入第二与门106的第一输入端，第四电平信号V4输入第二与门106的第二输入端，第二与门106的输出端输出输出电平信号Vo，Vo=V1·V4，该输出电平信号Vo触发均衡电路开始或停止对输入电压Vn的电压值进行调节；

当Vn>Va时，输出电平信号Vo为1；Vn<Vb时，输出电平信号Vo输出为0；当Vb<Vn<Va时，输出电平信号Vo为前一时刻的输出电平信号Vo。

具体来说：

1、输入电压Vn>Va时，经过第一比较器及第二比较器之后，电平信号V1、V2均为高电平；电平信号V2、前一时刻输出电平信号Vo和电平信号V3为高电平；电平信号V3与V2通过第一与门电路得到V4为高电平；V1与V4经过第二与门电路得到输出电平Vo为高电平。

2、输入电压Vn<Vb时，经过第一比较器及第二比较器之后，电平信号V1、V2均为低电平；电平信号V2与前一时刻的输出电平信号Vo通过第一二极管与第二二极管输出电平信号V3，V3与前一时刻的输出电平信号Vo保持一致；电平信号V3与V1通过第一与门电路得到V4为低电平；V1与V4经过第二与门电路得到输出电平Vo为低电平。

3、输入电压Vb<Vn<Va时，经过第一比较器之后，电平信号V1为高电平，经过第二比较器之后，电平信号V2为低电平；电平信号V2与前一时刻的输出电平信号Vo通过第一二极管与第二二极管输出电平信号V3，V3与前一时刻的输出电平信号Vo保持一致；电平信号V3与V1通过第一与门电路得到电平信号V4，V4=V3，则V4与前一时刻Vo的电平信号保持一致；V1与V4经过第二与门电路得到输出电平Vo与前一时刻Vo的电平信号保持一致。具体输出波形如图4所示。

本实施例中，假设图3中VL=10mV、VH=30mV、Vref=4V，则Va=4.03V，Vb=4.01V。当Vn=4.04V时，输出电平信号Vo为高电平，触发开启均衡电路，使Vn的电压值逐步减小；随着Vn的减小，当Vn=4.01V时，输出电平信号Vo为低电平，触发停止均衡电路，使Vn保持4.01V不变。此时，Vn仍比基准电压Vref仍大10mV，且二者之间的压差VL可以根据需要调整。

本发明提供的一种带宽固定的滞环比较电路，不论基准电压Vref如何变化，所实现的带宽上限Va与Vref之间压差固定为VH，带宽下限Vb与与Vref之间压差固定为VL，且带宽宽度始终为VH-VL（VL及VH的大小一般为几十毫伏），保证Vn低于Vb时，使输出电平信号Vo为低电平，一方面当Vn>Vref+VH时，输出电平Vo为高电平，可触发开启均衡电路的工作；另一方面当Vn<Vref+VL时，输出电平Vo为低电平，可触发停止均衡电路的工作。实现输入电压Vn在参与滞环控制后的电压始终比基准电压Vref高。本发明电路原理简单，流程清楚，易于工程实现。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种带宽固定的滞环比较电路，其特征在于，包含：

基准电压Vref和滞环带下限与基准电压压差VL经过第一叠加电路输出带宽下限Vb，Vb=Vref+VL；

基准电压Vref与滞环带上限与基准电压压差VH经过第二叠加电路输出带宽上限Va，Va=Vref+VH；

第一叠加电路的输出端连接第一比较器的负极输入端，带宽下限Vb输入第一比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第一比较器的正极输入端，第一比较器的输出端输出第一电平信号V1，当第一比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第一比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第二叠加电路的输出端连接第二比较器的负极输入端，带宽上限Va输入第二比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第二比较器的正极输入端，第二比较器的输出端输出第二电平信号V2，当第二比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第二比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第一二极管的正极端连接第二比较器的输出端，第二二极管的正极端连接第二与门的输出端，第一二极管的负极端与第二二极管的负极端同时连接第一与门的第二输入端，第二电平信号V2与输出电平信号Vo经过第一二极管和第二二极管的比较后，取最大值输出，作为第三电平信号V3；

第一比较器的输出端连接第一与门的第一输入端，第一电平信号V1输入第一与门的第一输入端，第三电平信号V3输入第一与门的第二输入端，第一与门的输出端输出第四电平信号V4，V4=V1·V3；

第一比较器的输出端连接第二与门的第一输入端，第一与门的输出端连接第二与门的第二输入端，第一电平信号V1输入第二与门的第一输入端，第四电平信号V4输入第二与门的第二输入端，第二与门的输出端输出输出电平信号Vo，Vo=V1·V4，该输出电平信号Vo触发均衡电路开始或停止对输入电压Vn的电压值进行调节；

当Vn>Va时，输出电平信号Vo为1；Vn<Vb时，输出电平信号Vo输出为0；当Vb<Vn<Va时，输出电平信号Vo为前一时刻的输出电平信号Vo。

2.一种带宽固定的滞环比较电路，其特征在于，包含：

基准电压Vref和滞环带下限与基准电压压差VL经过第一叠加电路输出带宽下限Vb，Vb=Vref+VL；

基准电压Vref与滞环带上限与基准电压压差VH经过第二叠加电路输出带宽上限Va，Va=Vref+VH；

第一叠加电路的输出端连接第一比较器的负极输入端，带宽下限Vb输入第一比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第一比较器的正极输入端，第一比较器的输出端输出第一电平信号V1，当第一比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第一比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

第二叠加电路的输出端连接第二比较器的负极输入端，带宽上限Va输入第二比较器的负极输入端，输入电压Vn输入第二比较器的正极输入端，第二比较器的输出端输出第二电平信号V2，当第二比较器的正极输入端的输入大于负极输入端的输入时，第二比较器的输出端输出高电平，反之输出低电平；

或门的第一输入端连接第二比较器的输出端，或门的第二输入端连接第二与门的输出端，或门的输出端连接第一与门的第二输入端，第二电平信号V2输入或门的第一输入端，输出电平信号Vo输入或门的第二输入端，或门输出第三电平信号V3，V3=V2+Vo；

第一比较器的输出端连接第一与门的第一输入端，第一电平信号V1输入第一与门的第一输入端，第三电平信号V3输入第一与门的第二输入端，第一与门的输出端输出第四电平信号V4，V4=V1·V3；

第一比较器的输出端连接第二与门的第一输入端，第一与门的输出端连接第二与门的第二输入端，第一电平信号V1输入第二与门的第一输入端，第四电平信号V4输入第二与门的第二输入端，第二与门的输出端输出输出电平信号Vo，Vo=V1·V4，该输出电平信号Vo触发均衡电路开始或停止对输入电压Vn的电压值进行调节；

当Vn>Va时，输出电平信号Vo为1；Vn<Vb时，输出电平信号Vo输出为0；当Vb<Vn<Va时，输出电平信号Vo为前一时刻的输出电平信号Vo。