CN112803515B - 保护电路及具有该保护电路的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保护电路及具有该保护电路的电池管理系统。该保护电路一端电连接至电源模块，另一端电连接至电池，该保护电路至少包括依次电连接的一级滤波单元、第一分压单元及二级滤波单元。本发明提供的保护电路防浪涌冲击效果更好，稳定性更强，满足防护要求。

Description

保护电路及具有该保护电路的电池管理系统

技术领域

本发明涉及一种保护电路及具有该保护电路的电池管理系统。

背景技术

现有技术中，通常会采用瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS管)或者压敏电阻来吸收脉冲电压。然而，TVS管不能承受连续的脉冲电压，当脉冲电压的持续时间和间歇时间的比例为0.01％时，则有可能损坏TVS管，进而破坏与之连接的电子元器件。而压敏电阻在实际应用时，则较难选择合适的阻值，当选择不当时，不但不能起到防护脉冲电压的作用，反而容易由于高压冲击而减少电子元器件的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于降低脉冲电压冲击的影响的保护电路及具有该保护电路的电池管理系统。

本发明一方面提供一种保护电路，一端电连接至电源模块，另一端电连接至电池，所述保护电路至少包括一级滤波单元、第一分压单元及二级滤波单元，所述一级滤波单元、第一分压单元及二级滤波单元依次电连接，其中，所述一级滤波单元电连接至所述电源模块，用以对所述电源模块输入的第一电压信号进行初步滤波，以输出第二电压信号，所述第一分压单元用以对所述一级滤波单元输出的第二电压信号进行分压处理，以输出第三电压信号，所述二级滤波单元用以对所述第三电压信号进行滤波处理，以输出一供电电压至所述电池。

可选的，所述一级滤波单元包括第一滤波电阻及第一电容，所述第一滤波电阻的第一端电连接至所述电源模块，所述第一滤波电阻的第二端电连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。

可选的，所述第一分压单元包括第一分压电阻、稳压二极管、第一三极管及第二三极管，所述第一分压电阻的第一端电连接至所述第一滤波电阻的第二端与所述第一电容的第一端之间，所述第一分压电阻的第二端电连接至所述稳压二极管的负极，所述稳压二极管的正极接地，所述第一三极管的基极电连接至所述第一分压电阻的第二端与所述稳压二极管的负极之间，所述第一三极管的集电极电连接至第一滤波电阻的第二端与所述第一分压电阻的第一端之间，所述第一三极管的发射极电连接至所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极电连接至所述第一三极管的集电极。

可选的，所述二级滤波单元包括第二滤波电阻和第二电容，其中，所述第二滤波电阻的第一端电连接至所述第二三极管的发射极，所述第二滤波电阻的第二端电连接至所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地。

可选的，所述保护电路还包括第二分压单元，所述二级滤波单元通过所述第二分压单元电连接至所述电池，所述第二分压单元包括第二分压电阻、分压芯片、第三电容、脉冲电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS管)、电感、第三分压电阻、第四分压电阻及第四电容，所述分压芯片包括电压输入端、第一信号端、第二信号端、第三信号端、第四信号端及接地端，所述电压输入端电连接至所述第二滤波电阻的第二端，所述电压输入端通过所述第二分压电阻电连接至所述第一信号端，所述第三电容的第一端电连接至所述第二信号端，所述第三电容的第二端电连接至所述第三信号端，所述TVS管的负极电连接至所述第三电容的第二端与所述第三信号端之间，所述TVS管的正极接地，所述电感的第一端电连接至所述第三电容的第二端与所述TVS管的负极之间，所述第三分压电阻的第一端电连接至所述电感的第二端，所述第三分压电阻的第二端电连接至所述第四信号端，所述第四分压电阻的第一端电连接至所述第三分压电阻的第二端与所述第四信号端之间，所述第四分压电阻的第二端接地，所述第四电容的第一端电连接至所述电感的第二端与所述第三分压电阻的第一端之间，所述第四电容的第二端电连接至所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端之间，所述第四电容的第一端还电连接至所述电池，所述接地端接地。

可选的，所述分压芯片为型号为LMR16006的芯片。

可选的，所述一级滤波单元还包括二极管，所述第一滤波电阻通过所述二极管电连接至所述电源模块，其中，所述二极管的正极电连接至所述电源模块，所述二极管的负极电连接至所述第一滤波电阻的第一端。

可选的，所述第一电容为陶瓷贴片电容，所述第一滤波电阻为保险丝或电阻值的范围为15-30欧姆区间内的电阻。

可选的，所述第二滤波电阻的长度的区间为0.06-0.16英寸，宽度的区间为0.08-0.2英寸。

本发明另一方面还提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括如上所述的保护电路。

本发明提供的保护电路通过设置一级滤波单元、第一分压单元及二级滤波单元，从而利用所述一级滤波单元先对电源模块输入至所述保护电路的第一电压信号进行初步的滤波处理，消除电压杂峰，并输出一第二电压信号；接着利用所述第一分压单元对所述一级滤波单元输出的第二电压信号进行分压处理，以降低所述脉冲电压，从而输出一第三电压信号至所述二级滤波单元；所述二级滤波单元对所述第一分压单元输出的第三电压信号再次进行滤波处理，以充分滤除脉冲电压，并输出一供电电压至电池，以为所述电池供电。

附图说明

图1为本发明一实施方式中保护电路的功能框图。

图2为图1所示保护电路的电路图。

图3为本发明另一实施方式提供的电池管理系统的结构框图。

主要元件符号说明

保护电路 100

一级滤波单元 11

第一滤波电阻 R1

第一电容 C1

二极管 D3

第一分压单元 12

第一分压电阻 R2

第一三极管 Q1

基极 b1、b2

集电极 c1、c2

发射极 e1、e2

第二三极管 Q2

稳压二极管 D1

二级滤波单元 13

第二滤波电阻 R3

第二电容 C2

第二分压单元 14

第二分压电阻 R4

分压芯片 F1

第三电容 C3

脉冲电压抑制器(TVS管) D2

电感 L1

第三分压电阻 R5

第四分压电阻 R6

第四电容 C4

电源模块 200

电池 300

电池管理系统 400

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施方式提供一种保护电路100，所述保护电路100一端电连接至电源模块200，另一端电连接至电池300，用以降低所述电池300接收脉冲电压及/或脉冲电流时受到的冲击。

在本实施例中，所述电源模块200为直流电源，用以输出一第一电压信号至所述保护电路100。所述电源模块200可为电源供应器件或者电源电路等具有供电功能的电池、芯片或电路。

所述保护电路100与所述电源模块200电连接。当所述电源模块200通电时，所述电源模块200输出的所述第一电压信号可为一脉冲电压。所述保护电路100接收所述脉冲电压，以对所述脉冲电压进行滤波处理，及吸收所述脉冲电压，进而进行分压处理，以输出一具有预设电压值的电压至所述电池300，给所述电池300充电，同时降低所述脉冲电压对所述电池300的冲击。

在本实施例中，所述保护电路100至少包括一级滤波单元11、第一分压单元12及二级滤波单元13。所述一级滤波单元11、第一分压单元12及二级滤波单元13依次电连接。

请一并参阅图2，在本实施例中，所述一级滤波单元11电连接至所述电源模块200，用以对所述电源模块200输入的第一电压信号进行初步滤波，并吸收部分所述第一电压信号，从而输出一第二电压信号至所述第一分压单元12。所述一级滤波单元11包括第一滤波电阻R1及第一电容C1。所述第一滤波电阻R1的第一端电连接至所述电源模块200，所述第一滤波电阻R1的第二端电连接至所述第一电容C1的第一端，所述第一电容C1的第二端接地。

可以理解，所述第一滤波电阻R1与所述第一电容C1形成一电阻-电容滤波电路。在本实施例中，所述第一滤波电阻R1为一保险丝，可在电流达到预设阈值时熔断，从而对与之连接的电子元器件，例如所述第一分压单元12、所述二级滤波单元13及所述电池300起到保护作用。所述第一电容C1可缓慢吸收电压，从而当所述电源模块200输出的第一电压信号为脉冲电压时，保护与所述一级滤波单元11连接的其他电子元件。在本实施例中，所述一级滤波单元11可有效吸收120V以内的高压。

可以理解，所述第一电容C1为阻抗相对较小的电容，以防止所述第一电容C1在高频电路中被损坏。在本实施例中，所述第一电容C1为陶瓷贴片电容，用以提高所述一级滤波单元11的高频滤波效果。

所述第一分压单元12用以对所述一级滤波单元11输出的第二电压信号进行分压处理，以输出一第三电压信号至所述二级滤波单元13。所述第一分压单元12包括第一分压电阻R2、稳压二极管D1、第一三极管Q1及第二三极管Q2。其中，所述第一分压电阻R2的第一端电连接至所述一级滤波单元11的第一滤波电阻R1的第二端与所述第一电容C1的第一端之间，所述第一分压电阻R2的第二端电连接至所述稳压二极管D1的负极。所述稳压二极管D1的正极接地。即所述第一分压电阻R2及所述稳压二极管D1与所述第一电容C1并联连接。所述第一三极管Q1的基极b1电连接至所述第一分压电阻R2的第二端与所述稳压二极管D1的负极之间，所述第一三极管Q1的集电极c1电连接至所述第一滤波电阻R1的第二端与所述第一分压电阻R2的第一端之间，所述第一三极管Q1的发射极e1电连接至所述第二三极管Q2的基极b2。所述第二三极管Q2的集电极c2电连接至所述第一分压电阻R2的第一端与所述第一三极管Q1的集电极c1之间。

可以理解，所述稳压二极管D1一方面与所述第一分压电阻R2一起形成所述偏置电路，用以为所述第一三极管Q1提供合适的基极电流；另一方面还起到过压保护的作用，防止所述第一三极管Q1被击穿。

所述二级滤波单元13用以对所述第三电压信号进行滤波处理，以输出一供电电压至所述电池300。所述二级滤波单元13包括第二滤波电阻R3和第二电容C2。其中，所述第二滤波电阻R3的第一端电连接至所述第二三极管Q2的发射极e1。所述第二滤波电阻R3的第二端电连接至所述第二电容C2的第一端。所述第二电容C2的第二端接地。

可以理解，所述第二滤波电阻R3与所述第二电容C2形成电阻-电容滤波电路。其中，所述第二电容C2的工作原理与所述第一电容C1的工作原理相同，在此不再赘述。

可以理解，所述第二滤波电阻R3可为宽电极厚膜贴片电阻，例如所述第二滤波电阻R3的长度的区间为0.06-0.16英寸，宽度的区间为0.08-0.2英寸。如此，使得当所述第一分压单元12输出的第三电压信号流经所述第二滤波电阻R3时，所述第三电压信号具有更宽的电流通路，使得所述第二滤波电阻R3可承受更高的脉冲电压及/或脉冲电流。

可选的，所述保护电路100还包括第二分压单元14。所述二级滤波单元13通过所述第二分压单元14电连接至所述电池300。所述第二分压单元14用以对所述二级滤波单元13输出的供电电压进行分压处理，以输出一具有预设电压值的电压信号至所述电池300，从而为所述电池300供电。

在本实施例中，所述第二分压单元14包括第二分压电阻R4、分压芯片F1、第三电容C3、脉冲电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS管)D2、电感L1、第三分压电阻R5、第四分压电阻R6及第四电容C4。

在本实施例中，所述分压芯片F1可以为型号为LMR16006的芯片。所述分压芯片F1包括电压输入端Vin、第一信号端SHDN、第二信号端CB、第三信号端SW、第四信号端FB及接地端GND。所述电压输入端Vin电连接至所述第二滤波电阻R3的第二端。所述电压输入端Vin通过所述第二分压电阻R4电连接至所述第一信号端SHDN。所述第三电容C3的第一端电连接至所述第二信号端CB，所述第三电容C3的第二端电连接至所述第三信号端SW。所述TVS管D2的负极电连接至所述第三电容C3的第二端与所述第三信号端SW之间，所述TVS管D2的正极接地。所述电感L1的第一端电连接至所述第三电容C3的第二端与所述TVS管D2的负极之间。所述第三分压电阻R5的第一端电连接至所述电感L1的第二端，所述第三分压电阻R5的第二端电连接至所述第四信号端FB。所述第四分压电阻R6的第一端电连接至所述第三分压电阻R5的第二端与所述第四信号端FB之间，所述第四分压电阻R6的第二端接地。所述第四电容C4的第一端电连接至所述电感L1的第二端与所述第三分压电阻R5的第一端之间，所述第四电容C4的第二端电连接至所述第三分压电阻R5的第二端与所述第四分压电阻R6的第一端之间。所述接地端GND接地。

可以理解，所述第四电容C4的第一端电连接至所述电池300，用以输出经所述保护电路100处理过的、具有预设电压值的电压至所述电池300，从而为所述电池300供电。

可以理解，在其他实施例中，所述一级滤波单元11还包括二极管D3，用以保护所述电源模块200。所述二极管D3的正极电连接至所述电源模块200，所述二极管D3的负极电连接至所述第一滤波电阻R1的第一端。

可以理解，在其他实施例中，所述第一滤波电阻R1可用15-30欧姆(Ω)的电阻替代。

可以理解，本发明提供的保护电路100可承受100V以内的电压。

可以理解，在其他实施例中，亦可设置相应的多级滤波单元，例如一级滤波单元、二级滤波单元及三级滤波单元，以进行相应的滤波及分压处理，从而降低浪涌冲击影响。

可以理解，当对依次连接的所述电源模块200、保护电路100及电池300进行模拟电路测试时，所述保护电路100中的所述第一电容C1两端及所述第二电容C2两端的电压杂峰消失，说明所述一级滤波单元11及所述二级滤波单元13具有良好的滤波效果；所述保护电路100中的所述第一电容C1两端未捕捉到脉冲电压，且所述第二电容C2两端的电压稳定在50V左右，符合所述电池300的60V以下充电电压的要求，说明所述一级滤波单元11及所述二级滤波单元13具有良好的吸收脉冲电压的效果，所述第一分压单元12及所述第二分压单元14具有良好的分压效果。

在本实施例中，所述保护电路100可承受100V的脉冲电压。

可以理解，本发明提供的保护电路100通过设置一级滤波单元11、第一分压单元12、二级滤波单元13及第二分压单元14，从而利用所述一级滤波单元11先对电源模块200输入至所述保护电路100的第一电压信号进行初步的滤波处理，消除电压杂峰，并输出一第二电压信号；接着利用所述第一分压单元12对所述一级滤波单元11输出的第二电压信号进行分压处理，以降低所述脉冲电压，从而输出一第三电压信号至所述二级滤波单元；所述二级滤波单元13对所述第一分压单元12输出的第三电压信号再次进行滤波处理，以充分滤除脉冲电压，并输出一供电电压至电池300，以为所述电池300供电，所述保护电路还利用所述第二分压单元14，以对经所述二级滤波单元13滤波后的供电电压进行再次分压，以使所述保护电路100最终输出的电压满足所述电池300的供电电压要求。如此，相较现有的一级滤波单元设置，本发明提供的保护电路100的防脉冲电压冲击的效果更好，稳定性更强，使用寿命更长，可很好地滤除开关机瞬间产生的浪涌电压，且成本低廉，实际滤波和脉冲分压效果较好，满足防护要求。

请参阅图3，本发明还提供一种电池管理系统(Battery Management System,BMS)400，所述电池管理系统400包括如上所述的保护电路100。可以理解，所述电池300通过所述电池管理系统400与其他电子元件连接，例如所述电源模块200。如此，所述电池管理系统400可对输入至所述电池300的电压及/或电流进行滤波，降低脉冲电压及/或脉冲电流对所述电池300造成的伤害。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。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，都将属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种保护电路，一端电连接至电源模块，另一端电连接至电池，其特征在于：所述保护电路至少包括一级滤波单元、第一分压单元及二级滤波单元，所述一级滤波单元、第一分压单元及二级滤波单元依次电连接，其中，所述一级滤波单元包括第一滤波电阻及第一电容，所述第一滤波电阻在电流达到预设阈值时熔断，所述第一滤波电阻的第一端电连接至所述电源模块，所述第一滤波电阻的第二端电连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地，所述第一滤波电阻及第一电容用以对所述电源模块输入的第一电压信号进行初步滤波，以输出第二电压信号，所述第一电压信号为脉冲电压，所述第一分压单元用以对所述一级滤波单元输出的第二电压信号进行分压处理，以降低所述脉冲电压，输出第三电压信号，所述二级滤波单元用以对所述第三电压信号进行滤波处理，以输出一供电电压至所述电池；

所述第一分压单元包括第一分压电阻、稳压二极管、第一三极管及第二三极管，所述第一分压电阻的第一端电连接至所述第一滤波电阻的第二端与所述第一电容的第一端之间，所述第一分压电阻的第二端电连接至所述稳压二极管的负极，所述稳压二极管的正极接地，所述第一三极管的基极电连接至所述第一分压电阻的第二端与所述稳压二极管的负极之间，所述第一三极管的集电极电连接至第一滤波电阻的第二端与所述第一分压电阻的第一端之间，所述第一三极管的发射极电连接至所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极电连接至所述第一三极管的集电极；

所述二级滤波单元包括第二滤波电阻和第二电容，其中，所述第二滤波电阻的第一端电连接至所述第二三极管的发射极，所述第二滤波电阻的第二端电连接至所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接地；

所述保护电路还包括第二分压单元，所述二级滤波单元通过所述第二分压单元电连接至所述电池，所述第二分压单元包括第二分压电阻、分压芯片、第三电容、脉冲电压抑制器、电感、第三分压电阻、第四分压电阻及第四电容；

所述分压芯片包括电压输入端、第一信号端、第二信号端、第三信号端、第四信号端及接地端，所述电压输入端电连接至所述第二滤波电阻的第二端，所述电压输入端通过所述第二分压电阻电连接至所述第一信号端，所述第三电容的第一端电连接至所述第二信号端，所述第三电容的第二端电连接至所述第三信号端，所述脉冲电压抑制器的负极电连接至所述第三电容的第二端与所述第三信号端之间，所述脉冲电压抑制器的正极接地，所述电感的第一端电连接至所述第三电容的第二端与所述脉冲电压抑制器的负极之间，所述第三分压电阻的第一端电连接至所述电感的第二端，所述第三分压电阻的第二端电连接至所述第四信号端，所述第四分压电阻的第一端电连接至所述第三分压电阻的第二端与所述第四信号端之间，所述第四分压电阻的第二端接地，所述第四电容的第一端电连接至所述电感的第二端与所述第三分压电阻的第一端之间，所述第四电容的第二端电连接至所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端之间，所述第四电容的第一端还电连接至所述电池，所述接地端接地；

所述分压芯片为型号为LMR16006的芯片。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于：所述一级滤波单元还包括二极管，所述第一滤波电阻通过所述二极管电连接至所述电源模块，其中，所述二极管的正极电连接至所述电源模块，所述二极管的负极电连接至所述第一滤波电阻的第一端。

3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于：所述第一电容为陶瓷贴片电容，所述第一滤波电阻为保险丝或电阻值的范围为15-30欧姆区间内的电阻。

4.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于：所述第二滤波电阻的长度的区间为0.06-0.16英寸，宽度的区间为0.08-0.2英寸。

5.一种电池管理系统，其特征在于：所述电池管理系统包括如权利要求1-4任一项所述的保护电路。