CN105490255A - 一种bms高边驱动的联动保护及报警电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路，其包括主正电路单元、主负电路单元和控制器电路单元。本发明通过一个简单的电阻分压检测电路、与门控制电路以及高电平拉低电路来实现主正、主负继电器发生短路时候的联动控制，实时监控继电器控制电路。当发生短路时能够以最短的时间来断开，安全性能高。此外，用户还可以通过人机交互界面检测三路门极输出信号来及时得知发生短路的继电器，可达到及时报警的功能，并降低维修的工作量。

Description

一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路。

背景技术

随着新能源汽车的普及，新能源汽车的安全性能越来越受到人们的关注。电动汽车车载主正、主负继电器使用高边驱动时，在高边驱动开关需要断开的时候，突发对电源短路的紧急情况造成继电器无法断开的情况，非紧急情况下，可由软件处理解决，在紧急情况下，通过软件处理再给出控制，断开的时间远远长于我们的要求。

目前电动汽车BMS控制继电器高边驱动主流控制方案是：1、选用带过压、欠压、过流、短路以及热保护功能的高边开关集成芯片。2、选用带诊断功能、同时具备过压、欠压、过流、短路以及热保护功能的高边开关集成芯片。3、采用高边开关与低边开关两个开关来控制继电器。4、电子电路采用短路检测装置，反馈信号给发生驱动的控制器，来实现关断驱动电路。

但是现有技术的各个方案都存在着各自的缺点。第一种方案选用的集成芯片不带诊断功能，此种应用的高边驱动功能安全等级较低。在正常情况下使用没有问题，但是当短路发生时，无法断开主继电器，只能通过软件断开主回路其他继电器来卸电，此时发生短路的高边驱动并未被诊断到，存在严重的安全隐患。第二种方案的集成芯片集成对电源短路的诊断功能，当发生高边驱动对电源短路的情况时，该集成芯片会自动检测到并关断集成芯片的使能端来关断高边开关。但是切断高边开关并不能切断发生对电源短路的控制回路（如图1），依然导致无法断开，此时依然需要软件来断开主回路其他继电器来卸电。第三种方案采用高边驱动和低边驱动两个开关来控制一个继电器，由于BMS里面的继电器数量较多，这样导致高边开关和低边开关的数量多，增加了成本，同样，基于安全下电的原则，当断开一个开关的时候同样需要诊断电路来判断是否下电成功，没有下电成功再断开另外一个开关，即增加一个冗余开关的方式，需要软件来控制，关断的时间较长。第四种方案的电子电路采用短路检测装置，反馈信号给发生驱动的控制器（单片机），来实现关断驱动电路。这是一种比较常用的短路保护装置，单片机可配置为边沿触发来捕捉保护信号，可以实现微秒级别的硬件关断过程，及时保护发生短路的器件。此种保护方式在高边驱动、低边驱动芯片里面都已实现集成，可以实现关断本身高边开关、低边开关的驱动，结果会出现高边开关已经断开，但是负载线圈依然无法断开导致无法断开继电器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高边驱动联动控制的硬件解决方案，当发生一个继电器无法断开的时候，可自动切断另一路继电器来实现实时断开，并提供警示来达到安全控制要求的BMS高边驱动的联动保护及报警电路。

本发明采用的技术方案是：

一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路，其包括主正电路单元、主负电路单元和控制器电路单元；

所述主正电路单元包括第一高边开关、主正继电器、第一门极驱动器、第一反相器、第一与门电路、第一运放器、第一分压电阻和第一接地电阻，所述主负电路单元包括第二高边开关、主负继电器、第二门极驱动器、第二反相器、第二与门电路、第二运放器、第二分压电阻和第二接地电阻，所述控制器电路单元包括第三与门电路和控制器；

第一高边开关的一第一端连接电源，第一高边开关的一第二端连接第一门极驱动器的阳极，第一高边开关的一第三端连接主正继电器，第一门极驱动器的控制极与第二与门电路的输出端连接，第一门极驱动器的阴极接地，第一反相器的输入端连接第一高边开关的第二端，第一反相器的输出端连接第一与门电路的第一输入端，第一分压电阻的一端连接第一高边开关的第三端，第一分压电阻的另一端连接第一运放器的第一输入端，第一接地电阻的一端连接第一运放器的第一输入端，第一接地电阻的另一端接地，第一运放器的第二输入端连接第一运放器的输出端，第一运放器的输出端连接第一与门电路的第二输入端，第一与门电路的输出端连接第二门极驱动器的控制极；

第二高边开关的一第一端连接电源，第二高边开关的一第二端连接第二门极驱动器的阳极，第二高边开关的一第三端连接主负继电器，，第二门极驱动器的控制极与第一与门电路的输出端连接，第二门极驱动器的阴极接地，第二反相器的输入端连接第二高边开关的第二端，第二反相器的输出端连接第二与门电路的第一输入端，第二分压电阻的一端连接第二高边开关的第三端，第二分压电阻的另一端连接第二运放器的第一输入端，第二接地电阻的一端连接第二运放器的第一输入端，第二接地电阻的另一端接地，第二运放器的第二输入端连接第二运放器的输出端，第二运放器的输出端连接第二与门电路的第二输入端，第一与门电路的输出端连接第二门极驱动器的控制极；

第三与门电路的第一输入端连接第一与门电路的输出端，第三与门电路的第二输入端连接第二与门电路的输出端，第三与门电路的输出端连接控制器，控制器分别连接第一与门电路的输出端和第二与门电路的输出端。

所述控制器为单片机。

当主正继电器和主负继电器同时短路时，控制器以第三与门电路的输出信号作为报警信号，控制器通过与其连接的人机界面向用户报警。

本发明采用以上技术方案，通过一个简单的电阻分压检测电路、与门控制电路以及高电平拉低电路来实现主正、主负继电器发生短路时候的联动控制，实时监控继电器控制电路。当发生短路时能够以最短的时间来断开，安全性能高。此外，用户还可以通过人机交互界面检测三路门极输出信号来及时得知发生短路的继电器，可达到及时报警的功能，并降低维修的工作量。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1本发明一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路的结构示意图；

图2本发明一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路的结构示意图；

图3本发明一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路的结构示意图；

图4本发明一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括主正电路单元、主负电路单元和控制器电路单元；所述主正电路单元包括第一高边开关M1、主正继电器K1、第一门极驱动器Q1、第一反相器T1、第一与门电路G1、第一运放器N1、第一分压电阻R1和第一接地电阻R2，所述主负电路单元包括第二高边开关M2、主负继电器K2、第二门极驱动器Q2、第二反相器T2、第二与门电路G2、第二运放器N2、第二分压电阻R3和第二接地电阻R4，所述控制器电路单元包括第三与门电路G3和控制器U1；

第一高边开关M1的一第一端连接电源VCC，第一高边开关M1的一第二端连接第一门极驱动器Q1的阳极，第一高边开关M1的一第三端连接主正继电器K1，第一门极驱动器Q1的控制极GD1与第二与门电路G2的输出端连接，第一门极驱动器Q1的阴极接地，第一反相器T1的输入端连接第一高边开关M1的第二端，第一反相器T1的输出端连接第一与门电路G1的第一输入端，第一分压电阻R1的一端连接第一高边开关M1的第三端，第一分压电阻R1的另一端连接第一运放器N1的第一输入端，第一接地电阻R2的一端连接第一运放器N1的第一输入端，第一接地电阻R2的另一端接地，第一运放器N1的第二输入端连接第一运放器N1的输出端，第一运放器N1的输出端连接第一与门电路G1的第二输入端，第一与门电路G1的输出端连接第二门极驱动器Q2的控制极GD2；

第二高边开关M2的一第一端连接电源VCC，第二高边开关M2的一第二端连接第二门极驱动器Q2的阳极，第二高边开关M2的一第三端连接主负继电器K2，第二门极驱动器Q2的控制极GD2与第一与门电路G1的输出端连接，第二门极驱动器Q2的阴极接地，第二反相器T2的输入端连接第二高边开关M2的第二端，第二反相器T2的输出端连接第二与门电路G2的第一输入端，第二分压电阻R3的一端连接第二高边开关M2的第三端，第二分压电阻R3的另一端连接第二运放器N2的第一输入端，第二接地电阻R4的一端连接第二运放器N2的第一输入端，第二接地电阻R4的另一端接地，第二运放器N2的第二输入端连接第二运放器N2的输出端，第二运放器N2的输出端连接第二与门电路G2的第二输入端，第二与门电路G2的输出端连接第一门极驱动器Q1的控制极GD1；

第三与门电路G3的第一输入端连接第一与门电路G1的输出端，第三与门电路G3的第二输入端连接第二与门电路G2的输出端，第三与门电路G3的输出端连接控制器U1，控制器U1分别连接第一与门电路G1的输出端和第二与门电路G2的输出端。

所述控制器U1为单片机。

当主正继电器K1和主负继电器K2同时短路时，控制器U3以第三与门电路G3的输出信号作为报警信号，控制器U1通过与其连接的人机界面向用户报警。

下面就本发明的工作原理作详细说明。

当主正继电器的高边驱动发生对电源短路的情况，第一高边开关的第二端的门极驱动信号拉低，第一高边开关断开，此时第一分压电阻以及第一运算放大器检测到对电源短路，第一运算放大器输出高电平信号，第一高边开关的第二端的门极驱动信号利用第一反向器与第一运算放大器输出的高电平信号同时进入第一与门电路。第一高边开关的第二端的门极驱动信号拉到低电平，代表要断开继电器，即发生了短路的情况，第一与门电路将输出一个高电平信号。此时，即使第一高边开关的第二端的门极驱动信号已经拉低，依然无法断开主正继电器。本发明利用第一与门电路输出的高电平信号，通过第二门极驱动器把主负电路单元的第二高边开关的第二端的门极驱动信号拉低，在主正继电器的高边驱动发生对电源短路的情况下以硬件电路直接关断主负继电器。

同样，当主负继电器发生的高边驱动对电源短路，第二高边开关的第二端的门极驱动信号拉低，第二高边开关断开，此时第二分压电阻以及第二运算放大器检测到对电源短路，第二运算放大器输出高电平信号，第二高边开关的第二端的门极驱动信号利用第二反向器与第二运算放大器输出的高电平信号同时进入第二与门电路。第二高边开关的第二端的门极驱动信号拉到低电平，代表要断开继电器，即发生了短路的情况，第二与门电路将输出一个高电平信号。此时，即使第二高边开关的第二端的门极驱动信号已经拉低，依然无法断开主负继电器。本发明利用第二与门电路输出的高电平信号，通过第一门极驱动器把主正电路单元的第一高边开关的第二端的门极驱动信号拉低，在主负继电器的高边驱动发生对电源短路的情况下以硬件电路直接关断主正继电器。即以同样的控制方式关断主正继电器驱动，达到主正继电器和主负继电器的联动控制的目的。

此外，将第一与门电路和第二与门电路的输出信号分别反馈到控制电路单元的控制器，便于控制器实时监控主正继电器、主负继电器的高边驱动是否发生对电源短路的情况。特别在主正继电器、主负继电器的高边驱动均对电源短路时，第三与门电路则将输出代表危险的报警信号给控制器，控制器基于该报警信号通过人机界面反馈给用户来实现报警。

本发明采用以上技术方案，通过一个简单的电阻分压检测电路、与门控制电路以及高电平拉低电路来实现主正、主负继电器发生短路时候的联动控制，实时监控继电器控制电路。当发生短路时能够以最短的时间来断开，安全性能高。此外，用户还可以通过人机交互界面检测三路门极输出信号来及时得知发生短路的继电器，可达到及时报警的功能，并降低维修的工作量。

Claims (3)

1.一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路，其特征在于：其包括主正电路单元、主负电路单元和控制器电路单元；

所述主正电路单元包括第一高边开关、主正继电器、第一门极驱动器、第一反相器、第一与门电路、第一运放器、第一分压电阻和第一接地电阻，所述主负电路单元包括第二高边开关、主负继电器、第二门极驱动器、第二反相器、第二与门电路、第二运放器、第二分压电阻和第二接地电阻，所述控制器电路单元包括第三与门电路和控制器；

第一高边开关的一第一端连接电源，第一高边开关的一第二端连接第一门极驱动器的阳极，第一高边开关的一第三端连接主正继电器，第一门极驱动器的控制极与第二与门电路的输出端连接，第一门极驱动器的阴极接地，第一反相器的输入端连接第一高边开关的第二端，第一反相器的输出端连接第一与门电路的第一输入端，第一分压电阻的一端连接第一高边开关的第三端，第一分压电阻的另一端连接第一运放器的第一输入端，第一接地电阻的一端连接第一运放器的第一输入端，第一接地电阻的另一端接地，第一运放器的第二输入端连接第一运放器的输出端，第一运放器的输出端连接第一与门电路的第二输入端，第一与门电路的输出端连接第二门极驱动器的控制极；

第二高边开关的一第一端连接电源，第二高边开关的一第二端连接第二门极驱动器的阳极，第二高边开关的一第三端连接主负继电器，第二门极驱动器的控制极与第一与门电路的输出端连接，第二门极驱动器的阴极接地，第二反相器的输入端连接第二高边开关的第二端，第二反相器的输出端连接第二与门电路的第一输入端，第二分压电阻的一端连接第二高边开关的第三端，第二分压电阻的另一端连接第二运放器的第一输入端，第二接地电阻的一端连接第二运放器的第一输入端，第二接地电阻的另一端接地，第二运放器的第二输入端连接第二运放器的输出端，第二运放器的输出端连接第二与门电路的第二输入端，第一与门电路的输出端连接第二门极驱动器的控制极；

第三与门电路的第一输入端连接第一与门电路的输出端，第三与门电路的第二输入端连接第二与门电路的输出端，第三与门电路的输出端连接控制器，控制器分别连接第一与门电路的输出端和第二与门电路的输出端。

2.根据权利要求1所述一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路，其特征在于：所述控制器为单片机。

3.根据权利要求1所述一种BMS高边驱动的联动保护及报警电路，其特征在于：当主正继电器和主负继电器同时短路时，控制器以第三与门电路的输出信号作为报警信号，控制器通过与其连接的人机界面向用户报警。