CN112019209A - 电平转换电路及多节锂电池保护系统 - Google Patents

电平转换电路及多节锂电池保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电平转换电路及多节锂电池保护系统，电平转换电路包括第一电容、第二电容、第二运算放大器和多组转换时钟，其中：多组转换时钟的第一端作为电平转换电路的第一输入端或第三输入端，一组转换时钟的第二端连接第二电容一端和第二运算放大器的同相输入端，另一组转换时钟的第二端连接vss端和第二电容的另一端，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端作为电平转换电路的输出端。本发明通过电阻加运放或时钟、电容和运放的方式实现电平转换，从而控制运放的所有端口电压，便于使用低压CMOS的栅极作为运放输入，进而解决电流流入运放导致的误差问题。

Description

电平转换电路及多节锂电池保护系统
技术领域
本发明涉及锂电池保护技术领域，具体涉及一种电平转换电路及多节锂电池保护系统。
背景技术
多节锂电池串联应用时，需要准确检测到每节电池的电压值，由于串联应用，每节电池的相对电平都是不同的。为了方便检测，需要通过电平转换电路将每节电池电压转换为一个相对的固定电压，然后通过电阻串联分压，分压后的电压与参考电压作比较，将比较结果输出到控制逻辑模块。
现有技术中，电平转换电路中的运放工作在高压阈，由于集成电路工艺的限制，通常耐高压的MOS管只能在源级和漏级之间耐受高压，而源级与栅极只能耐受5v电压，这样运放就只能使用源级作为输入级，而源级作为输入，就会有部分电流流入运放，从而导致检测误差；现有的电平转换电路实质上是一个电流源，在电阻上会产生压降，同样会造成检测误差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种电平转换电路及多节锂电池保护系统，解决多节锂电池串联的检测误差问题。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种电平转换电路，包括第一电容、第二电容、第二运算放大器和多组转换时钟，其中：
多组转换时钟的第一端作为电平转换电路的第一输入端或第三输入端，一组转换时钟的第二端连接第二电容一端和第二运算放大器的同相输入端，另一组转换时钟的第二端连接vss端和第二电容的另一端，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端作为电平转换电路的输出端。
优先地，所述转换时钟包括第一时钟和第二时钟，其中：第一时钟的一端作为转换时钟的第一端，第一时钟的另一端连接第二时钟的一端和第一电容，第二时钟的另一端作为转换时钟的第二端。
优先地，所述第一时钟和第二时钟为两相不交叠时钟。
基于上述的电平转换电路，本申请还提供了一种多节锂电池保护系统，包括上述的电平转换电路、电池模块、RC模块和检测模块，其中：
所述电池模块包括第一电池至第x电池，第一电池负极连接vss端，第k电池的负极与第k-1电池的正极连接；
检测模块包括第一检测电路至第x检测电路和控制逻辑单元，第一检测电路至第x检测电路均包括第五电阻、第六电阻和检测运算放大器，第五电阻一端连接第六电阻一端和检测运算放大器的同相输入端，第六电阻另一端连接vss端，检测运算放大器的输出端连接控制逻辑单元，检测运算放大器的反相输入端连接vref端；
RC模块包括第一RC电路至第x RC电路且均包括第七电阻和第三电容，第一电池至第x电池的正极均连接第七电阻一端，第七电阻另一端连接第三电容一端，第k RC电路的第七电阻一端连接第m个上述的电平转换电路的第一输入端或第三输入端；
第m个上述的电平转换电路的输出端连接第2*m个检测电路的第五电阻一端，其中，x为电池或检测电路的总数量，k为其中一个RC电路的数量序号，m为电平转换电路的数量序号。
优先地，x为不小于2的整数，k为大于1且不大于x的整数，m为(k+1)/2的取整函数值。
优先地，所述第一RC电路的第七电阻一端连接第一检测电路的第五电阻一端和第一上述的电平转换电路的第二输入端。
本发明的有益效果是：电平转换电路中，通过多个周期的转换时钟的开关后，使第二电容的电压与x节电池电压相同，使用第二运算放大器将第二电容电压输出且输出电压为电压源，不受负载影响，而第二运算放大器工作于低电压阈，使用栅极作为输入端，避免了因电流流入造成的误差问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的多节锂电池保护系统连接示意图；
图2是本发明的电平转换电路的电路图。
图中标记为：1.电池模块，11.电池，2.RC模块，21.RC电路，3.检测模块，31.检测电路，311.检测运算放大器，32.控制逻辑单元，5.第二运算放大器。
具体实施方式
如图2所示，本申请提供了一种电平转换电路，包括第一电容C1、第二电容C2、第二运算放大器5和两组转换时钟，其中：
两组转换时钟的第一端分别作为电平转换电路的第一输入端和第三输入端，一组转换时钟的第二端连接第二电容C2一端和第二运算放大器5的同相输入端，另一组转换时钟的第二端连接vss端和第二电容C2的另一端，第二运算放大器5的反相输入端连接第二运算放大器5的输出端，第二运算放大器5的输出端作为电平转换电路的输出端。
如图2所示，转换时钟包括第一时钟clk1和第二时钟clk2，第一时钟clk1和第二时钟clk2为两相不交叠时钟，其中：第一时钟clk1的一端作为转换时钟的第一端，第一时钟clk1的另一端连接第二时钟clk2的一端和第一电容C1，第二时钟clk2的另一端作为转换时钟的第二端。
如图2所示，当第一时钟clk1有效时，第一电容C1两端电压为其中一节电池电压，当第二时钟clk2有效时，第一电容C1与第二电容C2并联，第一电容C1两端电压转换给第二电容C2两端电压，在经过多个周期的开关后，第二电容C2两端的电压与第k节电池电压相同；通过第二运算放大器5将第二电容C2两端电压输出，得到输出端电压，且输出端电压为电压源，可以连接多个电阻负载，且第二运算放大器5工作于低电压阈，可使用CMOS栅极作为输入端且没有电流流入，避免造成误差。
如图1所示，基于上述的电平转换电路，本申请还提供了一种多节锂电池保护系统，包括电池模块1、RC模块2和检测模块3，其中：
电池模块1包括第一电池11至第x电池11，第一电池11负极连接vss端，第k电池11的负极与第k-1电池11的正极连接；
检测模块3包括第一检测电路31至第x检测电路31和控制逻辑单元32，第一检测电路31至第x检测电路31均包括第五电阻R5、第六电阻R6和检测运算放大器311，第五电阻R5一端连接第六电阻R6一端和检测运算放大器311的同相输入端，第六电阻R6另一端连接vss端，检测运算放大器311的输出端连接控制逻辑单元32，检测运算放大器311的反相输入端连接vref端，vref端设置参考电压；
RC模块2包括第一RC电路21至第x RC电路21且均包括第七电阻R7和第三电容C3，第一电池至第x电池的正极均连接第七电阻R7一端，第七电阻R7另一端连接第三电容C3一端，第k RC电路21的第七电阻R7一端连接第m个上述的一种电平转换电路的第一输入端或第三输入端，若k为奇数，则第k RC电路21的第七电阻R7一端连接第m个上述的一种电平转换电路的第三输入端，若k为偶数，则第k RC电路21的第七电阻R7一端连接第m个上述的一种电平转换电路的第一输入端；第m个上述的一种电平转换电路的输出端连接第2*m个检测电路31的第五电阻R5一端；其中，x为不小于2的整数，k为大于1且不大于x的整数，m为(k+1)/2的取整函数值。
如图1所示，第一RC电路21的第七电阻R7一端连接第一检测电路31的第五电阻R5一端和第一上述的电平转换电路的第二输入端。
如图1所示，电平转换电路将第二节以上的电池电压，转换为相对于vss端电压的差值，然后通过电阻串联分压，分压后的电压与vref端参考电压作比较，将比较结果输出给控制逻辑单元32进行检测。
本发明的优点：通过时钟、电容和运放的方式实现电平转换，从而控制运放的所有端口电压，便于使用低压CMOS的栅极作为运放输入，进而解决电流流入运放导致的误差问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电平转换电路，其特征在于：包括第一电容、第二电容、第二运算放大器和多组转换时钟，其中：
多组转换时钟的第一端作为电平转换电路的第一输入端或第三输入端，一组转换时钟的第二端连接第二电容一端和第二运算放大器的同相输入端，另一组转换时钟的第二端连接vss端和第二电容的另一端，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端作为电平转换电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其特征在于：所述转换时钟包括第一时钟和第二时钟，其中：第一时钟的一端作为转换时钟的第一端，第一时钟的另一端连接第二时钟的一端和第一电容，第二时钟的另一端作为转换时钟的第二端。
3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其特征在于：所述第一时钟和第二时钟为两相不交叠时钟。
4.一种多节锂电池保护系统，其特征在于：包括如权利要求1至3中任一项所述的电平转换电路、电池模块、RC模块和检测模块，其中：
所述电池模块包括第一电池至第x电池，第一电池负极连接vss端，第k电池的负极与第k-1电池的正极连接；
检测模块包括第一检测电路至第x检测电路和控制逻辑单元，第一检测电路至第x检测电路均包括第五电阻、第六电阻和检测运算放大器，第五电阻一端连接第六电阻一端和检测运算放大器的同相输入端，第六电阻另一端连接vss端，检测运算放大器的输出端连接控制逻辑单元，检测运算放大器的反相输入端连接vref端；
RC模块包括第一RC电路至第x RC电路且均包括第七电阻和第三电容，第一电池至第x电池的正极均连接第七电阻一端，第七电阻另一端连接第三电容一端，第k RC电路的第七电阻一端连接第m个电平转换电路的第一输入端或第三输入端；
第m个电平转换电路的输出端连接第2*m个检测电路的第五电阻一端，其中，x为电池或检测电路的总数量，k为其中一个RC电路的数量序号，m为电平转换电路的数量序号。
5.根据权利要求4所述的多节锂电池保护系统，其特征在于：x为不小于2的整数，k为大于1且不大于x的整数，m为(k+1)/2的取整函数值。
6.根据权利要求4所述的多节锂电池保护系统，其特征在于：所述第一RC电路的第七电阻一端连接第一检测电路的第五电阻一端和第一电平转换电路的第二输入端。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1880967A (zh) * 2005-05-17 2006-12-20 株式会社东芝 组电池的电压检测装置及组电池的电压检测方法
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