CN110176911A - Bms用的高低压差分放大电路 - Google Patents

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CN110176911A CN201910458594.3A CN201910458594A CN110176911A CN 110176911 A CN110176911 A CN 110176911A CN 201910458594 A CN201910458594 A CN 201910458594A CN 110176911 A CN110176911 A CN 110176911A
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semiconductor
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operational amplification
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林浩
张廉
陈海虹
孙化
王志红
冉承新
邓小群
吕德刚
梁延峰
林丰成
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QED MICROELECTRONICS (SHENZHEN) Inc
Shaoxing Yuezhi Microelectronics Technology Co Ltd
Tianjin Huaqing Energy Storage Equipment Management System Co Ltd
Ningbo Xinneng Microelectronics Technology Co Ltd
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QED MICROELECTRONICS (SHENZHEN) Inc
Shaoxing Yuezhi Microelectronics Technology Co Ltd
Tianjin Huaqing Energy Storage Equipment Management System Co Ltd
Ningbo Xinneng Microelectronics Technology Co Ltd
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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit

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Abstract

本发明公开了一种BMS用的高低压差分放大电路，它包括运算放大电路，所述的运算放大电路的输入端连接有降压电路；降压电路，包括与第一输入电压VCn相连的第一电阻R1和与第二输入电压VCn‑1相连的第二电阻R2；所述的第一电阻R1连接有第三电阻R3，第三电阻R3接地；所述的第一电阻R1还与运算放大电路的正相输入端相连；所述的第二电阻R2连接有连接有第四电阻R4，第四电阻R4与运算放大电路的电压输出端Vout相连；所述的第二电阻R2还与运算放大电路的负相输入端相连。本发明可以有效地适用于高压环境，克服了在高压环境中故障率高的问题，大大地延长了产品的使用寿命；此外，本发明还具有放大系数高、线性好、精度高、抗干扰能力强的特点。

Description

BMS用的高低压差分放大电路
技术领域
本发明涉及一种差分放大电路，特别是一种BMS用的高低压差分放大电路。
背景技术
随着国家新能源战略的推进，高容量高功率的锂电池组越来越受到市场的关注。早期的锂电池主要应用在一些电压和功率不高的数码设备上，现在更多的应用需求是在新能源交通工具，比如电动自行车、电动摩托车、电动汽车等需要高电压高功率输出的大型耐用商品上。BMS(电池组管理系统)是锂电池组上最重要的部件之一，在BMS中用于电压测量的差分放大电路也有着举足轻重的作用。差分放大电路内包括众多的MOS管，有相当部分的MOS管比较适用于中压和低压的运行环境，而随着锂电池组的性能越来越好，BMS处理的电压值也不断升高，而高电压的运行环境容易导致MOS管故障，从而降低BMS的使用寿命。因此研发一款可用于高压环境的BMS用差分放大电路，成为了业界亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种BMS用的高低压差分放大电路。本发明可以有效地适用于高压环境，克服了在高压环境中故障率高的问题，大大地延长了产品的使用寿命；此外，本发明还具有放大系数高、线性好、精度高、抗干扰能力强的特点。
本发明的技术方案：BMS用的高低压差分放大电路，包括
运算放大电路，所述的运算放大电路的输入端连接有降压电路；
降压电路，包括与第一输入电压VCn相连的第一电阻R1和与第二输入电压VCn-1相连的第二电阻R2；所述的第一电阻R1连接有第三电阻R3，第三电阻R3接地；所述的第一电阻R1还与运算放大电路的正相输入端相连；所述的第二电阻R2连接有连接有第四电阻R4，第四电阻R4与运算放大电路的电压输出端Vout相连；所述的第二电阻R2还与运算放大电路的负相输入端相连。
上述的BMS用的高低压差分放大电路中，所述的运算放大电路为折叠式共源共栅全差分运算放大电路。
前述的BMS用的高低压差分放大电路中，运算放大电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管和第十二MOS管，其中：
所述的第一MOS管的源极与第二MOS管的源极相连，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极连接有第一系统电源IB；第一MOS管的栅极与运算放大电路的正相输入端相连；第一MOS管的漏极与第五MOS管的漏极相连；
所述的第二MOS管的栅极与运算放大电路的负相输入端相连；第二MOS管的漏极与第六MOS管的源极相连；
所述的第三MOS管的漏极与第一MOS管的漏极相连；第三MOS管的栅极连接有偏置电压VB1，第三MOS管的源极接地；
所述的第四MOS管的漏极与第二MOS管的漏极相连；第四MOS管的栅极与偏置电压VB1相连,第四MOS管的源极接地；
所述的第五MOS管的栅极连接有偏置电压VB2，第五MOS管的源极与第七MOS管的漏极相连；
所述的第六MOS管的栅极与偏置电压VB2连接，第六MOS管的漏极与第八MOS管的漏极相连，第六MOS管的漏极还与第十一MOS管的栅极相连；
所述的第七MOS管的栅极连接有偏置电压VB3，第七MOS管的源极与第九MOS管的漏极相连；
所述的第八MOS管的栅极与偏置电压VB3连接，第八MOS管的源极与第十MOS管的漏极相连；
所述的第九MOS管和第十MOS管的栅极连接有偏置电压VB4，第九MOS管和第十MOS管的源极连接有系统电压VDD；
所述的第十一MOS管的源极接地，第十一MOS管的漏极连接有电压输出端Vout，第一MOS管的漏极还与第十二MOS管的漏极相连；
所述的第十二MOS管的栅极连接有偏置电压VB5，第十二MOS管的源极与系统电压VDD相连。
前述的BMS用的高低压差分放大电路中，所述的第一电阻R1和第二电阻R1的阻值相同；所述的第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相同。
前述的BMS用的高低压差分放大电路中，所述的R1＝R2＝4R3＝4R4。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在运算放大电路的输入端设置一降压电路，降压电路包括与第一输入电压VCn相连的第一电阻R1和与第二输入电压VCn-1相连的第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2分别与运算放大电路的正相输入端和负相输入端相连；第一电阻R1还连接有第三电阻R3，第三电阻R3另一端接地；第二电阻R2连接有连接有第四电阻R4，第四电阻R4与运算放大电路的电压输出端Vout相连。通过该降压电路的设计运算放大电路的正相输入端的电压Va与第三电阻R3的负载电压相等，即与此同时运算放大电路的负相输入端由此可见通过上述降压电路的设置，无论是运算放大电路的正相输入端还是负相输入端的输入电压均进行了大幅降低，从而大幅降低了本发明的运算放大电路中MOS管的故障率，使得本发明可以有效地适用于高压环境，大大地延长了产品的使用寿命。
2、作为优选，本发明的运算放大电路采用折叠式共源共栅全差分运算放大电路(Folding Cascode)，而且申请人还对折叠式共源共栅全差分运算放大电路的具体结构作了进一步改进，改进后的电路具有放大系数高、线性好、精度高、抗干扰能力强的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是运算放大电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种BMS用的高低压差分放大电路，如图1所示：包括
运算放大电路，运算放大电路为折叠式共源共栅全差分运算放大电路，所述的运算放大电路的输入端连接有降压电路；
降压电路，包括与第一输入电压VCn相连的第一电阻R1和与第二输入电压VCn-1相连的第二电阻R2；所述的第一电阻R1连接有第三电阻R3，第三电阻R3接地；所述的第一电阻R1还与运算放大电路的正相输入端Vin+相连；所述的第二电阻R2连接有连接有第四电阻R4，第四电阻R4与运算放大电路的电压输出端Vout相连；所述的第二电阻R2还与运算放大电路的负相输入端Vin-相连。通过该降压电路的设计运算放大电路的正相输入端的电压Va与第三电阻R3的负载电压相等，即与此同时运算放大电路的负相输入端由此可见通过上述降压电路的设置，无论是运算放大电路的正相输入端还是负相输入端的输入电压均进行了大幅降低，从而大幅降低了本发明的运算放大电路中MOS管的故障率，使得本发明可以有效地适用于高压环境，大大地延长了产品的使用寿命。作为具体的优选，取R1＝R2＝4R，R3＝R4＝4R，则有：
令Va≈Vb，则有
假设VCn＝80v(高压)，则(中压)，假设VCn-1＝75.5v(高压)，则(低压)，即通过本发明的降压电路，运算放大电路的正相输入端的电压从电路输入端的80v降低到了16v，实现了高压向中压或低压的转换。
如附图2所示，上述的运算放大电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管和第十二MOS管，其中第一MOS管和第二MOS管为中压MOS管(Vgs＝18v)，第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管和第十二MOS管为低压MOS管(Vgs＝3.3v)：
所述的第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的源极相连，第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的源极连接有第一系统电源IB；第一MOS管M1的栅极与运算放大电路的正相输入端相连；第一MOS管M1的漏极与第五MOS管的漏极相连；所述的第二MOS管M2的栅极与运算放大电路的负相输入端相连；第二MOS管M2的漏极与第六MOS管M6的源极相连；所述的第三MOS管M3的漏极与第一MOS管M1的漏极相连；第三MOS管M3的栅极连接有偏置电压VB1，第三MOS管M3的源极接地；所述的第四MOS管M4的漏极与第二MOS管M2的漏极相连；第四MOS管M4的栅极与偏置电压VB1相连,第四MOS管M4的源极接地；所述的第五MOS管M5的栅极连接有偏置电压VB2，第五MOS管M5的源极与第七MOS管M7的漏极相连；所述的第六MOS管M6的栅极与偏置电压VB2连接，第六MOS管M6的漏极与第八MOS管M8的漏极相连，第六MOS管M6的漏极还与第十一MOS管M11的栅极相连；所述的第七MOS管M7的栅极连接有偏置电压VB3，第七MOS管M7的源极与第九MOS管M9的漏极相连；所述的第八MOS管M8的栅极与偏置电压VB3连接，第八MOS管M8的源极与第十MOS管M10的漏极相连；所述的第九MOS管M9和第十MOS管M10的栅极连接有偏置电压VB4，第九MOS管M9和第十MOS管M10的源极连接有系统电压VDD；所述的第十一MOS管M11的源极接地，第十一MOS管M11的漏极连接有电压输出端Vout，第一MOS管M1的漏极还与第十二MOS管M12的漏极相连；所述的第十二MOS管M12的栅极连接有偏置电压VB5，第十二MOS管M12的源极与系统电压VDD相连。
本发明的运算放大电路采用折叠式共源共栅全差分运算放大电路(FoldingCascode)，而且申请人还对折叠式共源共栅全差分运算放大电路的具体结构作了进一步改进，改进后的电路具有放大系数高、线性好、精度高、抗干扰能力强的特点。

Claims (5)

1.BMS用的高低压差分放大电路，其特征在于：包括
运算放大电路，所述的运算放大电路的输入端连接有降压电路；
降压电路，包括与第一输入电压VCn相连的第一电阻R1和与第二输入电压VCn-1相连的第二电阻R2；所述的第一电阻R1连接有第三电阻R3，第三电阻R3接地；所述的第一电阻R1还与运算放大电路的正相输入端相连；所述的第二电阻R2连接有连接有第四电阻R4，第四电阻R4与运算放大电路的电压输出端Vout相连；所述的第二电阻R2还与运算放大电路的负相输入端相连。
2.根据权利要求1所述的BMS用的高低压差分放大电路，其特征在于：所述的运算放大电路为折叠式共源共栅全差分运算放大电路。
3.根据权利要求2所述的BMS用的高低压差分放大电路，其特征在于：运算放大电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管和第十二MOS管，其中：
所述的第一MOS管的源极与第二MOS管的源极相连，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极连接有第一系统电源IB；第一MOS管的栅极与运算放大电路的正相输入端相连；第一MOS管的漏极与第五MOS管的漏极相连；
所述的第二MOS管的栅极与运算放大电路的负相输入端相连；第二MOS管的漏极与第六MOS管的源极相连；
所述的第三MOS管的漏极与第一MOS管的漏极相连；第三MOS管的栅极连接有偏置电压VB1，第三MOS管的源极接地；
所述的第四MOS管的漏极与第二MOS管的漏极相连；第四MOS管的栅极与偏置电压VB1相连,第四MOS管的源极接地；
所述的第五MOS管的栅极连接有偏置电压VB2，第五MOS管的源极与第七MOS管的漏极相连；
所述的第六MOS管的栅极与偏置电压VB2连接，第六MOS管的漏极与第八MOS管的漏极相连，第六MOS管的漏极还与第十一MOS管的栅极相连；
所述的第七MOS管的栅极连接有偏置电压VB3，第七MOS管的源极与第九MOS管的漏极相连；
所述的第八MOS管的栅极与偏置电压VB3连接，第八MOS管的源极与第十MOS管的漏极相连；
所述的第九MOS管和第十MOS管的栅极连接有偏置电压VB4，第九MOS管和第十MOS管的源极连接有系统电压VDD；
所述的第十一MOS管的源极接地，第十一MOS管的漏极连接有电压输出端Vout，第一MOS管的漏极还与第十二MOS管的漏极相连；
所述的第十二MOS管的栅极连接有偏置电压VB5，第十二MOS管的源极与系统电压VDD相连。
4.根据权利要求1至3任一项所述的BMS用的高低压差分放大电路，其特征在于：所述的第一电阻R1和第二电阻R1的阻值相同；所述的第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相同。
5.根据权利要求4所述的BMS用的高低压差分放大电路，其特征在于：所述的R1＝R2＝4R3＝4R4。
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