CN117895627B - 组合型短路保护锁定电路的实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合型短路保护锁定电路的实现方法及装置，包括短路保护锁定电路，其包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第五二极管和若干电阻，第一三极管的集电极通过电阻与第三三极管的基极电性连接，第一三极管的基极通过电阻与第二三极管的集电极和第五二极管的负极电性连接，第二三极管的基极通过电阻与第二三极管的发射极电性连接电池的负极，第三三极管的基极通过电阻与第三三极管的发射极电性连接电池的负极，第一三极管的基极通过电阻与第一三极管的发射极电性连接负载的负极，第五二极管的正极与弱电开关模块的控制端电性连接。省掉了MCU，降低了成本、技术开发难度和电池的功耗，更加符合市场需求和低功耗的绿色能源需求。

Description

组合型短路保护锁定电路的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种组合型短路保护锁定电路的实现方法及装置。

背景技术

现有的技术方案：电池管理系统BMS（Battery Managment System）上的微控制单元MCU通过对弱点开关和短路保护状态的判断，来避免重复发生短路风险。MCU从AFE芯片（模拟前端：将电池的电压、电流、温度转换成数字信号的芯片）读取保护状态，如果没有发生保护，则允许弱电开关信号控制放电回路的通断，如果发生了放电保护（如过放、过流、短路等保护），则弱电开关信号不控制放电回路的通断，维持放电回路断开状态，从而避免误保护锁定和重复短路。

但现有技术方案存在的问题是：MCU方案中元器件多，PCBA布局面积大，成本高；MCU对开发人员有较高的经验要求，容易出逻辑错误；MCU方案功耗大，对电池的自耗电大，影响电池寿命。

发明内容

针对上述现有技术存在第一低边NMOS控制、低边电流采集需要隔离电源和数据隔离芯片，增加了成本；第二高边NMOS控制、低边电流采集需要焊接4根大电流线材，增加电池组装难度的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种组合型短路保护锁定电路的实现方法，用于管理BMS上连接的弱电开关模块对电池的放电通断控制进行保护，包括短路保护锁定电路，所述短路保护锁定电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第五二极管和若干电阻R5-R9，所述第一三极管的集电极通过电阻R7与所述第三三极管的基极电性连接，所述第一三极管的基极通过电阻R6与所述第二三极管的集电极和所述第五二极管的负极共同电性连接，所述第二三极管的基极通过电阻R8与所述第二三极管的发射极电性连接所述电池的负极，所述第三三极管的基极通过电阻R9与所述第三三极管的发射极电性连接所述电池的负极，所述第一三极管的基极通过电阻R5与所述第一三极管的发射极电性连接负载的负极，所述第五二极管的正极与所述弱电开关模块的控制端电性连接，电池的正极与负载的正极电性连接，第二三极管的发射极与电阻R8之间设置检测采集电阻；

所述弱电开关模块包括互相对称设置且电性连接的第一半边开关子模块和第二半边开关子模块；

所述第一半边开关子模块包括第一场效应管和第四电阻，所述第一场效应管的栅极与所述第四电阻的第一端电性连接形成所述控制端；

所述第二半边开关子模块包括第二场效应管和第十电阻，所述第二场效应管的栅极与所述第十电阻的第一端电性连接；

所述第一半边开关子模块包括第三二极管，所述第三二极管的负极与所述第四电阻的第二端电性连接；所述第二半边开关子模块包括第四二极管，所述第四二极管的负极与所述第十电阻的第二端电性连接；所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极电性连接；

所述弱电开关模块包括切换开关，所述切换开关的第一端与电池的正极电性连接，所述切换开关的第二端与所述第三二极管的正极和所述第四二极管的正极共同电性连接；

负载正常放电未达到短路保护的电流时，切换开关闭合，第一场效应管、第二场效应管均处于导通状态，允许放电，电池正常给负载供电，负载正常工作；切换开关断开，第一场效应管第二场效应管均处于截止状态，禁止放电，电池正常给负载断电，负载停止工作；

当负载电流超过设定的短路保护阈值后，在检测采集电阻产生一个压差，大于第二三极管的导通电压后，第二三极管导通，经过第五二极管将第一场效应管的栅极驱动电压拉低，第一场效应管截止，此时负载的正极经过负载到负载的负极，负载的负极到电池的负极不通，进入短路保护状态，且负载的负极电压等于负载的正极电压，第二三极管的另一路将电阻R5-R6拉低分压，使第一三极管导通，此时的第一三极管的发射极连接负载的负极为高电平，导通后，电阻R7-R9分压使得第三三极管导通，将第一场效应的栅极电平维持低压，锁定第一场效应管的截止状态。

优选地，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第二三极管和所述第三三极管均为NPN型三极管。

优选地，所述第一半边开关子模块包括第二电阻和第一反向二极管，所述第二电阻的第一端和第一反向二极管的负极共同电性连接至所述第一场效应管的栅极，所述第二电阻的第二端和所述第一反向二极管的正极共同电性连接至第一场效应管的源极，且与所述第三三极管的发射极电性连接。

优选地，所述第二半边开关子模块包括第三电阻和第二反向二极管，所述第三电阻的第一端和第二反向二极管的负极共同电性连接至所述第二场效应管的栅极，所述第三电阻的第二端和所述第二反向二极管的正极共同电性连接至所述第二场效应管的源极，且与所述第一三极管的发射极电性连接。

基于相同的技术思想，本发明还提供一种组合型短路保护锁定电路装置，其包括所述的组合型短路保护锁定电路的实现方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明实施例提供一种组合型短路保护锁定电路的实现方法，包括短路保护锁定电路，其包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第五二极管和若干电阻，第一三极管的集电极通过电阻与第三三极管的基极电性连接，第一三极管的基极通过电阻与第二三极管的集电极和第五二极管的负极电性连接，第二三极管的基极通过电阻与第二三极管的发射极电性连接电池的负极，第三三极管的基极通过电阻与第三三极管的发射极电性连接电池的负极，第一三极管的基极通过电阻与第一三极管的发射极电性连接负载的负极，第五二极管的正极与弱电开关模块的控制端电性连接。省掉了MCU，降低了成本、技术开发难度和电池的功耗，更加符合市场需求和低功耗的绿色能源需求。

2、此申请应用于BMS（Battery Managment System）带弱电开关的短路保护电路。BMS正常使用的情况下，用户可以通过BMS上连接的弱电开关对BMS的放电回路进行通断控制，此电路不会误触发锁定BMS的放电控制信号，一旦发生放电短路的情况，此电路就会锁定放电控制信号，使放电回路断开，此时的弱电开关重新开关也不会再导通放电回路，避免了电池包在短路保护状态，用户再次使用弱电开关重复发生短路失效的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例组合型短路保护锁定电路的实现方法的拓扑图；

附图标记说明：

BAT、电池；Q1、第一三极管；Q2、第二三极管；Q3、第三三极管；D5、第五二极管；R1、检测采集电阻；

DFET、第一场效应管；R4、第四电阻；D3、第三二极管；R2、第二电阻；D1、第一反向二极管；CFET、第二场效应管；R10、第十电阻；D4、第四二极管；R3、第三电阻；D2、第二反向二极管；SW、切换开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的“上”“下”“左”“右”“前”“后”“侧”等方位词是针对提供的附图作相对的位置说明，并不是用于描述实际产品特定顺序。

请参阅图1，本发明实施例提供一种组合型短路保护锁定电路的实现方法，用于管理BMS上连接的弱电开关模块对电池BAT的放电通断控制进行保护，包括短路保护锁定电路，具体地，其包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第五二极管D5和若干电阻（R5、R6、R7、R8、R9），所述第一三极管Q1的集电极通过电阻R7与所述第三三极管Q3的基极电性连接，所述第一三极管Q1的基极通过电阻R6与所述第二三极管Q2的集电极和所述第五二极管D5的负极共同电性连接，所述第二三极管Q2的基极通过电阻R8与所述第二三极管Q2的发射极电性连接所述电池BAT的负极，所述第三三极管Q3的基极通过电阻R9与所述第三三极管Q3的发射极电性连接所述电池BAT的负极，所述第一三极管Q1的基极通过电阻R5与所述第一三极管Q1的发射极电性连接负载的负极，所述第五二极管D5的正极与所述弱电开关模块的控制端电性连接，电池BAT的正极与负载的正极电性连接。

进一步地，为了组合型的短路保护锁定电路工作更加稳定，第二三极管Q2的发射极与电阻R8之间设置检测采集电阻R1，优选地，该检测采集电阻R1的阻值可以是0.05Ω。

该组合型短路保护锁定电路的实现方法省掉了MCU，降低了成本、技术开发难度和电池BAT的功耗，更加符合市场需求和低功耗的绿色能源需求。

作为一种优选可实施例，上述第一三极管Q1为PNP型三极管，上述第二三极管Q2和上述第三三极管Q3均为NPN型三极管。

需要说明的是，该短路保护锁定电路包括至少三个三极管，若干电阻和至少一个二极管，通过至少三个三极管、若干电阻和至少一个二极管组成的组合型短路保护锁定电路具有保护精神范围，同理，如若反向思维变更三极管型号的顺序，对电路实现功能和产生的有益效果相同或相近似，等同于落入该技术的范围之内。

在本实例中，所述弱电开关模块包括互相对称设置且电性连接的第一半边开关子模块和第二半边开关子模块。所述第一半边开关子模块包括第一场效应管DFET和第四电阻R4，所述第一场效应管DFET的栅极与所述第四电阻R4的第一端电性连接形成所述控制端。所述第二半边开关子模块包括第二场效应管CFET和第十电阻R10，所述第二场效应管CFET的栅极与所述第十电阻R10的第一端电性连接，所述第一场效应管DFET的漏极和所述第二场效应管CFET的漏极电性连接。

进一步地，第一半边开关子模块包括第三二极管D3、第二电阻R2和第一反向二极管D1，所述第三二极管D3的负极与所述第四电阻R4的第二端电性连接；所述第二电阻R2的第一端和第一反向二极管D1的负极共同电性连接至所述第一场效应管DFET的栅极，所述第二电阻R2的第二端和所述第一反向二极管D1的正极共同电性连接至第一场效应管DFET的源极，且与所述第三三极管Q3的发射极电性连接。

所述第二半边开关子模块包括第四二极管D4、第三电阻R3和第二反向二极管D2，所述第四二极管D4的负极与所述第十电阻R10的第二端电性连接；所述第三电阻R3的第一端和第二反向二极管D2的负极共同电性连接至所述第二场效应管CFET的栅极，所述第三电阻R3的第二端和所述第二反向二极管D2的正极共同电性连接至所述第二场效应管CFET的源极，且与所述第一三极管Q1的发射极电性连接。

进一步地，弱电开关模块包括切换开关SW，所述切换开关SW的第一端与电池BAT的正极电性连接，所述切换开关SW的第二端与所述第三二极管D3的正极和所述第四二极管D4的正极共同电性连接。

需要说明的是，上述若干电阻、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第十电阻R10为至少一个电阻，也可以是多个电阻进行串联或并联而得到阻值相一致，例如，第二电阻R2可以是单独一个电阻，亦或可以是两个电阻串联或并联得到的阻值和一个电阻的阻值一致。同理，其阻值根据实际情况确定，在此不作限定。

基于相同的技术思想，本发明还提供一种组合型短路保护锁定电路装置，其包括所述的组合型短路保护锁定电路的实现方法。

上述组合型短路保护锁定电路的实现方法工作原理如下：

如图1所示，负载正常放电未达到短路保护的电流时，切换开关SW闭合，第一场效应管DFET、第二场效应管CFET均处于导通状态，允许放电，电池BAT正常给负载供电，负载正常工作；切换开关SW断开，第一场效应管DFET、第二场效应管CFET均处于截止状态，禁止放电，电池BAT正常给负载断电，负载停止工作。

当负载电流超过设定的短路保护阈值后，在检测采集电阻R1产生一个压差，大于第二三极管Q2的导通电压后，第二三极管Q2导通，经过第五二极管D5将第一场效应管DFET的栅极驱动电压拉低，第一场效应管DFET截止，此时负载的正极P+经过负载到负载的负极P-，负载的负极到电池BAT的负极不通，进入短路保护状态，且负载的负极P-电压等于负载的正极P+电压，第二三极管Q2的另一路将电阻（R5、R6）拉低分压，使第一三极管Q1导通，此时的第一三极管Q1的发射极连接负载的负极P-为高电平，导通后，电阻（R7、R9）分压使得第三三极管Q3导通，将第一场效应的栅极电平维持低压，锁定第一场效应管DFET的截止状态（即，第一场效应管DFET完全截止后，检测采集电阻R1无电流无压差，第二三极管Q2只是导通一下，需要第三三极管Q3来维持第一场效应管DFET的截止状态）。

具体地，短路保护阈值计算：

根据欧姆定律，第二三极管Q2的完全导通电压=0.7V，短路保护电流阈值。短路保护电流阈值可以通过R1的阻值来改变。

锁定电路的计算：

要锁定短路保护状态就要使第一三极管Q1和第三三极管Q3的完全导通，第一三极管Q1导通条件≤-0.7V，第三三极管Q3的导通条件≥0.7V，根据这两个条件，可以匹配电阻（R5、R6、R7、R9）的阻值。

综上，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明实施例提供一种组合型短路保护锁定电路的实现方法，包括短路保护锁定电路，其包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第五二极管D5和若干电阻，第一三极管Q1的集电极通过电阻与第三三极管Q3的基极电性连接，第一三极管Q1的基极通过电阻与第二三极管Q2的集电极和第五二极管D5的负极电性连接，第二三极管Q2的基极通过电阻与第二三极管Q2的发射极电性连接电池BAT的负极，第三三极管Q3的基极通过电阻与第三三极管Q3的发射极电性连接电池BAT的负极，第一三极管Q1的基极通过电阻与第一三极管Q1的发射极电性连接负载的负极，第五二极管D5的正极与弱电开关模块的控制端电性连接。省掉了MCU，降低了成本、技术开发难度和电池BAT的功耗，更加符合市场需求和低功耗的绿色能源需求。

2、此申请应用于BMS（Battery Managment System）带弱电开关的短路保护电路。BMS正常使用的情况下，用户可以通过BMS上连接的弱电开关对BMS的放电回路进行通断控制，此电路不会误触发锁定BMS的放电控制信号，一旦发生放电短路的情况，此电路就会锁定放电控制信号，使放电回路断开，此时的弱电开关重新开关也不会再导通放电回路，避免了电池BAT包在短路保护状态，用户再次使用弱电开关重复发生短路失效的风险。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本申请可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种组合型短路保护锁定电路的实现方法，用于管理BMS上连接的弱电开关模块对电池的放电通断控制进行保护，其特征在于，包括短路保护锁定电路，所述短路保护锁定电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第五二极管和若干电阻R5-R9，所述第一三极管的集电极通过电阻R7与所述第三三极管的基极电性连接，所述第一三极管的基极通过电阻R6与所述第二三极管的集电极和所述第五二极管的负极共同电性连接，所述第二三极管的基极通过电阻R8与所述第二三极管的发射极电性连接所述电池的负极，所述第三三极管的基极通过电阻R9与所述第三三极管的发射极电性连接所述电池的负极，所述第一三极管的基极通过电阻R5与所述第一三极管的发射极电性连接负载的负极，所述第五二极管的正极与所述弱电开关模块的控制端电性连接，电池的正极与负载的正极电性连接，第二三极管的发射极与电阻R8之间设置检测采集电阻；

所述弱电开关模块包括互相对称设置且电性连接的第一半边开关子模块和第二半边开关子模块；

所述第一半边开关子模块包括第一场效应管和第四电阻，所述第一场效应管的栅极与所述第四电阻的第一端电性连接形成所述控制端；

所述第二半边开关子模块包括第二场效应管和第十电阻，所述第二场效应管的栅极与所述第十电阻的第一端电性连接；

所述第一半边开关子模块包括第三二极管，所述第三二极管的负极与所述第四电阻的第二端电性连接；所述第二半边开关子模块包括第四二极管，所述第四二极管的负极与所述第十电阻的第二端电性连接；所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的漏极电性连接；

所述弱电开关模块包括切换开关，所述切换开关的第一端与电池的正极电性连接，所述切换开关的第二端与所述第三二极管的正极和所述第四二极管的正极共同电性连接；

负载正常放电未达到短路保护的电流时，切换开关闭合，第一场效应管、第二场效应管均处于导通状态，允许放电，电池正常给负载供电，负载正常工作；切换开关断开，第一场效应管第二场效应管均处于截止状态，禁止放电，电池正常给负载断电，负载停止工作；

当负载电流超过设定的短路保护阈值后，在检测采集电阻产生一个压差，大于第二三极管的导通电压后，第二三极管导通，经过第五二极管将第一场效应管的栅极驱动电压拉低，第一场效应管截止，此时负载的正极经过负载到负载的负极，负载的负极到电池的负极不通，进入短路保护状态，且负载的负极电压等于负载的正极电压，第二三极管的另一路将电阻R5-R6拉低分压，使第一三极管导通，此时的第一三极管的发射极连接负载的负极为高电平，导通后，电阻R7-R9分压使得第三三极管导通，将第一场效应的栅极电平维持低压，锁定第一场效应管的截止状态。

2.根据权利要求1所述的组合型短路保护锁定电路的实现方法，其特征在于，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第二三极管和所述第三三极管均为NPN型三极管。

3.根据权利要求1所述的组合型短路保护锁定电路的实现方法，其特征在于，所述第一半边开关子模块包括第二电阻和第一反向二极管，所述第二电阻的第一端和第一反向二极管的负极共同电性连接至所述第一场效应管的栅极，所述第二电阻的第二端和所述第一反向二极管的正极共同电性连接至第一场效应管的源极，且与所述第三三极管的发射极电性连接。

4.根据权利要求1所述的组合型短路保护锁定电路的实现方法，其特征在于，所述第二半边开关子模块包括第三电阻和第二反向二极管，所述第三电阻的第一端和第二反向二极管的负极共同电性连接至所述第二场效应管的栅极，所述第三电阻的第二端和所述第二反向二极管的正极共同电性连接至所述第二场效应管的源极，且与所述第一三极管的发射极电性连接。

5.一种组合型短路保护锁定电路装置，其特征在于，使用如权利要求1-4任一项所述的组合型短路保护锁定电路的实现方法。