CN117148908A - 基于bms的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，包括第一电源、第二电源、控制电路、触发电路、保持电路、第一唤醒电路、第二唤醒电路、控制开关和MCU。通过第一唤醒电路解决MOSFET在高边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题，通过第二唤醒电路解决MOSFET在低边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题。同时可以通过触发电路触发电池包进入低功耗状态，并结合保持电路维持电池包低功耗状态。因此整个电路在MCU的控制下，实现了在高、低边充电唤醒和整机低功耗状态之间无缝切换。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其涉及一种基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路。
背景技术
户外电池包，通常被称做户外电源，在日常出游中越来越常见。户外电池包通常为低压常通电源，对于这类电池包，当充电器插入后进行唤醒整个电池包从而进行充电是正常的操作，但现实中往往存在当充电枪还未完全插入，接触不良导致的电压波动使得电池包会受干扰而开启，或者当电池包处于复杂环境例如强电磁干扰环境下，电池端正负极间的电位差波动也会导致电池包误开机，当MOSFET在高边的情况下，电池包输出端电源正极电压波动导致电池包不正常开机的情况尤为严重。除此之外，户外电池包使用频率相对比较低，放置的时间相对比较长，在漫长待机时间下不但会白白流失很多电能造成浪费，在重新启用时也常常会因为电量不足而影响使用。
通常情况下，需要使用多套复杂的电路来解决上述问题，现提供一种基于BMS的电路，既能够解决MOSFET在高、低边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题，又能够实现启动并维持电池包低功耗状态。
发明内容
本发明提供一种基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，采用一种基于BMS的电路，解决了MOSFET在高、低边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题，同时实现了启动并维持电池包低功耗状态。
本发明采用的技术方案具体是：根据本发明一实施例的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，包括第一电源、第二电源、控制电路、触发电路、保持电路、第一唤醒电路、第二唤醒电路、控制开关和MCU，所述第一电源为低压常通的电源，所述第二电源为受控电源；所述控制电路设置于第一电源和第二电源之间，用于控制第二电源的通电与断电；所述触发电路与控制电路连接，用于触发控制电路的导通和关闭，所述保持电路与控制电路连接，用于保持控制电路的导通和关闭；所述第一唤醒电路串联分压电路后设置于第二电源和电池包输出端电源正极之间，所述分压电路靠近电池包输出端电源正极，所述第二唤醒电路设置于控制电路和电池包输出端电源负极间；所述控制开关与第一唤醒电路连接，用于触发第一唤醒电路的导通和关闭；所述MCU包括一个供电端和三个信号输入/输出端，所述供电端与第二电源连接，所述三个信号输入/输出端分别与触发电路、保持电路和控制开关连接。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述所述控制电路包括一个PMOS管，所述PMOS管的源极串联第一电阻后与第一电源输出端连接，串联第二电阻后与栅极连接，漏极串联第一二极管后与第二电源连接，同时漏极串联第一二极管和第三电阻后接地，所述漏极与第一二极管正极相连。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述所述分压电路包括串联的第四电阻和第五电阻，所述第四电阻一端接电池包输出端电源正极，另一端串联第六电阻后接电池包输出端电源负极；所述电池包输出端电源正极和负极之间还并联有串联的第一电容和第二电容、第二二极管、第三二极管和尖峰放电端子，所述第二二极管和第三二极管的正极与电池包输出端电源负极相连。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述第一唤醒电路包括一个集成电路，所述集成电路电压输入端与第五电阻连接，同时串联第三电容后接地；所述集成电路使能端串联第七电阻和第八电阻后与电压输入端连接；所述集成电路电压输出端串联第四二极管后与第二电源连接，电压输出端接第四二极管正极，电压输出端同时串联第四电容后接地。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述触发电路包括一个自复位按钮，所述自复位按钮的第一端接地，第二端串联第五二极管后与所述PMOS管的栅极连接，同时第二端又串联第六二极管后与MCU第一信号输入/输出端连接，第二端接第五二极管和第六二极管负极；所述自复位按钮两端并联有第七二极管，所述第七二极管由两个正极互连的瞬态抑制二极管串联而成。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述保持电路包括第一NMOS管，所述第一NMOS管的源极串联第九电阻后接地，漏极串联第八二极管后与所述PMOS管的栅极连接，漏极接第八二极管负极，源极和栅极之间连接有第一稳压二极管，栅极串联第十电阻和第十一电阻后接地，同时所述第十电阻与MCU第二信号输入/输出端连接，所述第十一电阻串联第五电容后与MCU第一信号输入/输出端连接。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述控制开关包括第二NMOS管，所述第二NMOS管的源极接地，漏极接于集成电路使能端，栅极串联第十二电阻和第十三电阻后接地，同时第十二电阻与MCU第三信号输入/输出端连接，所述第二NMOS管的源极和栅极之间还并联有第二稳压管和第六电容。
作为本发明技术方案的一种可选方案，所述第二唤醒电路包括第三NMOS管，所述第三NMOS管的源极串联第十四电阻后接电池包输出端电源负极，漏极串联第九二极管后与所述PMOS管的栅极连接，漏极接第九二极管负极，栅极串联第十五电阻和第十二极管后接地，栅极接第十二极管负极，同时所述第三NMOS管的源极和漏极之间还连接有第三稳压管。
本发明所取得的有益效果：本发明所提供的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，通过第一唤醒电路解决MOSFET在高边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题，通过第二唤醒电路解决MOSFET在低边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题。同时可以通过触发电路触发电池包进入低功耗状态，并结合保持电路维持电池包低功耗状态。综上所述，本发明所提供的技术方案可以实现基于一套电路设计实现电池包多个功能。
本发明的效果不限于如上的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路系统方图。
图2是根据本发明实施例的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路整体电路示意图。
图3是根据本发明实施例的控制电路放大图。
图4是根据本发明实施例的分压电路放大图。
图5是根据本发明实施例的第一唤醒电路放大图。
图6是根据本发明实施例的触发电路放大图。
图7是根据本发明实施例的保持电路放大图。
图8是根据本发明实施例的控制开关放大图。
图9是根据本发明实施例的第二唤醒电路放大图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解，以下具体实施例仅用于解释本发明，而并不用于限定本发明。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
需要说明，在本发明的说明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系是基于附图的方位或位置关系，并且仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示的根据本发明实施例的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路系统方图，最左上角为第一电源，第一电源为低压常通的电源，在电池包中即为电芯。第一电源右侧连接有控制电路，当控制电路导通时，第一电源能够通过控制电路向下游电路供电，当控制电路关闭时，第一电源与下游电路断开停止供电。如图1所示右上角为分压电路，分压电路一端接电池包输出端电源正极，通过调整分压电路内分压电阻的阻值，从而实现调整从另一端输出的电压值，分压电路另一端连接第一唤醒电路。上述控制电路和第一唤醒电路共同连接第二电源后与MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）供电端连接，第二电源为受控电源，可以为LDO（Low Dropout，低压差线性稳压器），当第二电源收到控制电路或第一唤醒电路的电压信号时，导通并向下游MCU供电从而使得电池包开机。如图1所示，控制电路连接触发电路后与MCU第一信号输入/输出端IO-1连接，同时连接保持电路后与MCU第二信号输入/输出端IO-2连接，触发电路用于触发控制电路的导通和关闭，保持电路用于保持控制电路的导通和关闭。第一唤醒电路连接控制开关后与MCU第三信号输入/输出端IO-3连接，控制开关用于触发第一唤醒电路的导通和关闭。除此之外还包括第二唤醒电路，第二唤醒电路一端接电池包输出端电源负极极，另一端与控制电路相连接。
如图2所示的根据本发明实施例的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路整体电路示意图，结合图3所示的本发明实施例的控制电路放大图。所示控制电路包括一个PMOS管Q1，PMOS管Q1的源极串联第一电阻R1后与左侧第一电源的输出端连接，同时源极串联第二电阻R2后与栅极连接，漏极串联第一二极管D1后与第二电源连接，同时漏极串联第一二极管D1和第三电阻R3后接地，其中漏极与第一二极管D1正极相连。当栅极无另外电路连接时，此时栅极为高电平，PMOS管Q1关闭，第一电源断开给第二电源供电，从而无法给MCU供电，电池包保持关机。
结合图4所示的本发明实施例的分压电路放大图。分压电路包括串联的第四电阻R4和第五电阻R5，第四电阻R4右端接电池包输出端电源正极，左端串联第六电阻R6后接电池包输出端电源负极。电池包输出端电源正极和负极之间还并联有串联的第一电容C1和第二电容C2、第二二极管D2、第三二极管D3和尖峰放电端子E1，并且第二二极管D2和第三二极管D3的正极与电池包输出端电源负极相连。当MOSFET在高边的前提下，当电池包处于关闭状态，电池包输出端充电器尚未完全接入时，电池包输出端电源正极电压会存在抖动，通过第四电阻R4和第五电阻R5的分压后，当输入电压达到第一唤醒电路的唤醒电压时，第一唤醒电路才会正常导通并唤醒电池包进行充电。
结合图5所示的本发明实施例的第一唤醒电路放大图。第一唤醒电路包括一个集成电路，集成电路电压输入端与第五电阻R5连接，同时电压输入端串联第三电容C3后接地，集成电路使能端串联第七电阻R7和第八电阻R8后与电压输入端连接，集成电路电压输出端串联第四二极管D4后与第二电源连接，电压输出端接第四二极管D4正极，电压输出端同时串联第四电容C4后接地。上述第一唤醒电路的唤醒电压即为集成电路的使能电压，因此当集成电路使能端电压达到使能电压时，集成电路正常导通，即第一唤醒电路才会正常导通并唤醒电池包进行充电。
结合图6所示的本发明实施例的触发电路放大图。触发电路包括一个自复位按钮SW1，自复位按钮SW1的第一端接地，第二端串联第五二极管D5后与PMOS管Q1的栅极连接，同时第二端又串联第六二极管D6后与MCU第一信号输入/输出端IO-1连接，其中自复位按钮SW1的第二端均与第五二极管D5和第六二极管D6的负极连接。同时自复位按钮SW1两端并联有第七二极管D7，第七二极管D7由两个正极互连的瞬态抑制二极管串联而成。当按下自复位按钮SW1时，PMOS管Q1的栅极通过第五二极管D5接地，此时栅极为低电平，PMOS管Q1导通，第一电源经过控制电路给第二电源供电从而给MCU供电，电池包开机。
结合图7所示的本发明实施例的保持电路放大图。保持电路包括第一NMOS管Q2，第一NMOS管Q2的源极串联第九电阻R9后接地，漏极串联第八二极管D8后与PMOS管Q1的栅极连接，漏极接第八二极管D8负极，源极和栅极之间连接有第一稳压二极管Z1，栅极串联第十电阻R10和第十一电阻R11后接地，同时第十电阻R10与MCU第二信号输入/输出端IO-2连接，第十一电阻R11串联第五电容C5后与MCU第一信号输入/输出端IO-1连接。当第二信号输入/输出端IO-2无信号输出时，第一NMOS管Q2的栅极接地为低电平，第一NMOS管Q2关闭。当MCU通过第一信号输入/输出端IO-1检测到自复位按钮SW1按下时，通过第二信号输入/输出端IO-2持续输出高电平，此时第一NMOS管Q2的栅极维持高电平，第一NMOS管Q2保持导通，PMOS管Q1的栅极通过第八二极管D8接地为低电平，PMOS管Q1保持导通，第一电源经过控制电路给第二电源持续供电从而给MCU持续供电，电池包保持开机。当再次按下自复位按钮SW1，信号被MCU第一信号输入/输出端IO-1检测到，则停止第二信号输入/输出端IO-2输出高电平，第一NMOS管Q2关闭，PMOS管Q1关闭，第一电源断开给第二电源供电，电池包关机。
结合图8所示的本发明实施例的控制开关放大图。控制开关包括第二NMOS管Q3，第二NMOS管Q3的源极接地，漏极接集成电路使能端，栅极串联第十二电阻R12和第十三电阻R13后接地，同时第十二电阻R12与MCU第三信号输入/输出端IO-3连接，第二NMOS管Q3的源极和栅极之间还并联有第二稳压二极管Z2和第六电容C6，第六电容C6可以平稳维持第二NMOS管Q3的关闭。当第三信号输入/输出端IO-3无信号输出时，第二NMOS管Q3的栅极接地为低电平，第二NMOS管Q3关闭。当第三信号输入/输出端IO-3输出高电平时，第二NMOS管Q3的栅极为高电平，第二NMOS管Q3导通，集成电路使能端接地为低电平，此时第一唤醒电路关闭。
结合图9所示的根据本发明实施例的第二唤醒电路放大图。第二唤醒电路包括第三NMOS管Q4，第三NMOS管Q4的源极串联第十四电阻R14后接电池包输出端电源负极，漏极串联第九二极管D9后与PMOS管Q1的栅极连接，漏极接第九二极管D9负极，栅极串联第十五电阻R15和第十二极管D10后接地，第十五电阻R15接第十二极管D10负极，同时第三NMOS管Q4的源极和漏极之间还连接有第三稳压二极管Z3。当MOSFET在低边时，由于电池包输出端电源正极和低压常通的电源总处于相同电位，则可以利用电池包输出端电源负极和低压常通的电源之间的压差，通过第十四电阻R14令第三NMOS管Q4的栅极维持高电平，从而使第三NMOS管Q4维持导通，使得PMOS管Q1的栅极通过第九二极管D9接地为低电平，PMOS管Q1保持导通，第一电源经过控制电路给第二电源供电从而给MCU供电，电池包被唤醒并进行充电。
接下来通过对本发明所提供的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路的工作原理进行描述来进一步说明。
对于电池包的充电唤醒，当MOSFET在高边的前提下，当电池包处于关闭状态，电池包输出端充电器尚未完全接入时，电池包输出端电源正极电压会存在抖动，充电器接入时瞬间的抖动电平会通过第一电容C1和第二电容C2滤除到大地，此外尖峰放电端子E1能够在第一电容C1和第二电容C2功能失效如断裂等永久失效的工况下，也能正常完成滤波。充电器接入后，通过第四电阻R4和第五电阻R5的分压后，输入电压达到第一唤醒电路的唤醒电压，第一唤醒电路正常导通，唤醒电池包进行充电。当整个电池包被充电器正常唤醒后，MCU第二信号输入/输出端IO-2和MCU第三信号输入/输出端IO-3持续输出低电平，使得PMOS管Q1和控制开关保持关闭，MCU通过充电器和第二电源进行供电。
当MOSFET在低边时，由于电池包输出端电源正极和低压常通的电源总处于相同电位，则可以利用电池包输出端电源负极和低压常通的电源之间的压差，通过第十四电阻R14令第三NMOS管Q4的栅极维持高电平，从而使第三NMOS管Q4维持导通，使得PMOS管Q1的栅极通过第九二极管D9接地为低电平，PMOS管Q1保持导通，第一电源经过控制电路给第二电源供电从而给MCU供电，从而唤醒电池包进行充电，在接近满充时，电池包输出端电源负极和低压常通的电源之间的压差减小而导致第三NMOS管Q4无法维持导通，此时可以给电池包输出端电源负极一个脉冲电压，维持与低压常通的电源之间的压差，从而维持第三NMOS管Q4导通。当整个电池包被充电器正常唤醒后，MCU第三信号输入/输出端IO-3持续输出高电平，使得控制开关保持导通，第一唤醒电路保持关闭，MCU通过第一电源和第二电源进行供电。
对于电池包开启整机低功耗，当按下自复位按钮SW1时，PMOS管Q1的栅极通过第五二极管D5接地，此时栅极为低电平，PMOS管Q1导通，第一电源经过控制电路给第二电源供电从而给MCU供电，电池包开机。同时MCU第一信号输入/输出端IO-1检测到自复位按钮SW1按下，通过第二信号输入/输出端IO-2持续输出高电平，控制电路保持导通，电池包保持开机。当整个电池包被自复位按钮SW1正常唤醒后，MCU第三信号输入/输出端IO-3持续输出高电平，使得控制开关保持导通，第一唤醒电路保持关闭，MCU通过第一电源和第二电源进行供电。
当再次按下自复位按钮SW1，信号被MCU第一信号输入/输出端IO-1检测到，则停止第二信号输入/输出端IO-2输出高电平，保持电路关闭，控制电路关闭，第一电源断开给第二电源供电，电池包保持关机进入低功耗状态。当整个电池包进入低功耗状态后，MCU第二信号输入/输出端IO-2持续输出低电平，控制电路保持关闭，MCU第三信号输入/输出端IO-3持续输出高电平，控制开关保持导通，第一唤醒电路保持关闭，MCU保持断电状态，电池包维持低功耗状态。
综上所述，本发明所提供的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，通过第一唤醒电路解决MOSFET在高边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题，通过第二唤醒电路解决MOSFET在低边充电唤醒时因电平抖动而造成电池包误开机的问题。同时可以通过触发电路触发电池包进入低功耗状态，并结合保持电路维持电池包低功耗状态。因此整个电路在MCU的控制下，实现了在高、低边充电唤醒和整机低功耗状态之间无缝切换。
以上记载的关于基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路的实施例仅仅是示意性的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，包括：
第一电源和第二电源，所述第一电源为低压常通的电源，所述第二电源为受控电源；
控制电路，设置于第一电源和第二电源之间，用于控制第二电源的通电与断电；
触发电路和保持电路，所述触发电路与控制电路连接，用于触发控制电路的导通和关闭，所述保持电路与控制电路连接，用于保持控制电路的导通和关闭；
第一唤醒电路和第二唤醒电路，所述第一唤醒电路串联分压电路后设置于第二电源和电池包输出端电源正极之间，所述分压电路靠近电池包输出端电源正极，所述第二唤醒电路设置于控制电路和电池包输出端电源负极之间；
控制开关，与第一唤醒电路连接，用于触发第一唤醒电路的导通和关闭；
MCU，包括一个供电端和三个信号输入/输出端，所述供电端与第二电源连接，所述三个信号输入/输出端分别与触发电路、保持电路和控制开关连接。
2.如权利要求1所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述控制电路包括一个PMOS管，所述PMOS管的源极串联第一电阻后与第一电源输出端连接，串联第二电阻后与栅极连接，漏极串联第一二极管后与第二电源连接，同时漏极串联第一二极管和第三电阻后接地，所述漏极与第一二极管正极相连。
3.如权利要求1所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述分压电路包括串联的第四电阻和第五电阻，所述第四电阻一端接电池包输出端电源正极，另一端串联第六电阻后接电池包输出端电源负极；所述电池包输出端电源正极和负极之间还并联有串联的第一电容和第二电容、第二二极管、第三二极管和尖峰放电端子，所述第二二极管和第三二极管的正极与电池包输出端电源负极相连。
4.如权利要求3所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述第一唤醒电路包括一个集成电路，所述集成电路电压输入端与第五电阻连接，同时串联第三电容后接地；所述集成电路使能端串联第七电阻和第八电阻后与电压输入端连接；所述集成电路电压输出端串联第四二极管后与第二电源连接，电压输出端接第四二极管正极，电压输出端同时串联第四电容后接地。
5.如权利要求2所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述触发电路包括一个自复位按钮，所述自复位按钮的第一端接地，第二端串联第五二极管后与所述PMOS管的栅极连接，同时第二端又串联第六二极管后与MCU第一信号输入/输出端连接，第二端接第五二极管和第六二极管负极；所述自复位按钮两端并联有第七二极管，所述第七二极管由两个正极互连的瞬态抑制二极管串联而成。
6.如权利要求5所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述保持电路包括第一NMOS管，所述第一NMOS管的源极串联第九电阻后接地，漏极串联第八二极管后与所述PMOS管的栅极连接，漏极接第八二极管负极，源极和栅极之间连接有第一稳压二极管，栅极串联第十电阻和第十一电阻后接地，同时所述第十电阻与MCU第二信号输入/输出端连接，所述第十一电阻串联第五电容后与MCU第一信号输入/输出端连接。
7.如权利要求4所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述控制开关包括第二NMOS管，所述第二NMOS管的源极接地，漏极接于集成电路使能端，栅极串联第十二电阻和第十三电阻后接地，同时第十二电阻与MCU第三信号输入/输出端连接，所述第二NMOS管的源极和栅极之间还并联有第二稳压管和第六电容。
8.如权利要求2所述的基于BMS的高、低边充电唤醒及整机低功耗电路，其特征在于，所述第二唤醒电路包括第三NMOS管，所述第三NMOS管的源极串联第十四电阻后接电池包输出端电源负极，漏极串联第九二极管后与所述PMOS管的栅极连接，漏极接第九二极管负极，栅极串联第十五电阻和第十二极管后接地，栅极接第十二极管负极，同时所述第三NMOS管的源极和漏极之间还连接有第三稳压管。
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