CN206470379U - 一种用于电池组电压监测的集成电路 - Google Patents

Abstract

一种用于电池组电压监测的集成电路，包括N路数字控制电路、模拟采样模块、基准脉冲模块，N路数字控制电路的电源和地以及数据信号端级联在一起，N路数字控制电路的输出端并联后经过片内耦合电容连接至模拟采样模块的输入端，由基准脉冲模块提供的基准脉冲连接至模拟采样模块的输入端；模拟采样模块的输出端接至片外的模拟数字转换器；某路数字控制电路的输出端产生的电压变化经由耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块，模拟采样模块用于比较该电压差信号与基准脉冲模块产生基准脉冲的差值，片外的模拟数字转换器根据该差值获得所测电池的电压值。本实用新型实现片上的电压检测功能，结构简单；功耗低，面积小。

Description

一种用于电池组电压监测的集成电路

技术领域

本实用新型涉及电池组测量与均衡领域，具体涉及一种用于电池组电压监测的集成电路。

背景技术

节能和环保成为汽车工业发展的新目标，新一代电动汽车作为能源可多样化配置的新型交通工具，以零排放、低噪声等优点引起人们的普遍关注并得到了极大的发展。如何延长电池使用寿命、提高电池能量效率和可靠性，是电动汽车能量管理系统必须解决的问题。电池管理系统是其中的关键技术之一。而在电池组管理系统中不可缺少的是对电压的检测功能。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于电池组电压监测的集成电路，实现片上的电压检测功能，同时具备低功耗、面积小的特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于电池组电压监测的集成电路，包括N路数字控制电路、模拟采样模块和基准脉冲模块，N路数字控制电路的电源和地以及数据信号端级联在一起，N路数字控制电路的输出端并联后经过片内耦合电容连接至模拟采样模块的输入端，由基准脉冲模块提供的基准脉冲连接至模拟采样模块的输入端；模拟采样模块的输出端接至片外的模拟数字转换器；某路数字控制电路的输出端产生的电压变化经由耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块，模拟采样模块用于比较该电压差信号与基准脉冲模块产生基准脉冲的差值，片外的模拟数字转换器根据该差值获得所测电池的电压值。

按上述方案，各路数字控制电路至少包括深N阱中的D触发器构成的移位寄存器、一对传输门开关、片内的下拉MOS管及片内耦合电容，数字控制电路由串联电池组上对应的单节电池提供工作电压，外部的STM32或FPGA为数字控制电路提供所需时钟信号、控制信号及使能信号，各路数字模块共用一路时钟信号以及一路使能信号。各路时钟信号及N位控制信号送至N路数字控制电路作为标准电平的数字信号，标准电平的数字信号经过下拉MOS管及片内耦合电容后输入移位寄存器，移位寄存器的输出控制传输门开关的导通与关断，一对传输门开关中的一个传输门开关的一端连接至电池的正极，另一个传输门开关的一端连接至电池的负极，两对传输门开关的另一端均连接至模拟采样模块；移位寄存器根据N位控制信号数据在使能信号的触发下选择要测量的任意一节电池，并使得传输门开关先后导通某节电池的正负极，由此产生的电压变化经由片内耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块。

按上述方案，所述模拟采样模块至少包括放大器、偏置电路、第一MOS开关、反馈电容及输出缓冲器，偏置电路的输出连接在放大器的正相输入端，第一MOS开关与反馈电容并联在放大器的反相输入端与输出端之间(放大器的反馈通路)，放大器的反相输入端接入N路数字控制电路产生的电压差信号，基准脉冲模块用于产生基准脉冲，并将基准脉冲也输入至放大器的反相输入端；放大器将N路数字控制电路产生的电压差信号与基准脉冲模块产生的基准脉冲的差值进行放大，输出一个压差信号(较小)，该压差信号经输出缓冲器输出至片外，由片外的模拟数字转换器采样，最终获得所测电池的电压值。

按上述方案，所述模拟采样模块还包括复位电路，所述复位电路用于接收外部STM32或FPGA产生的复位信号，使模拟采样模块复位，从而使N路数字控制电路重新接收N位控制信号数据并在使能信号的触发下选择要测量的某节电池并进行电压采样。

按上述方案，所述基准脉冲模块至少包括带隙基准源、比例运算放大器、耦合电容、第二MOS开关和第三MOS开关，带隙基准源的输出连接至比例运算放大器的输入端，第二MOS开关连接在比例运算放大器的输出端与耦合电容的一端，第三MOS开关连接在地和耦合电容的一端，耦合电容的另一端接至模拟采样模块，外部STM32或FPGA控制第二MOS开关和第三MOS开关产生基准脉冲，该基准脉冲送至模拟采样模块的放大器的反相输入端。

按上述方案，使能信号为高时放大器和基准脉冲模块正常工作，使能信号为低时，放大器和基准脉冲模块停止工作。

本实用新型的工作原理：利用深掺杂阱中的晶体管器件构成数字控制电路的结构，隔离各路数字控制电路的电源和地。模拟采样模块工作时，放大器偏置在静态工作点上，当N路数字控制电路的开关，分别导通某节电池正负两极时，在N路数字控制电路的输出端，产生大小为该节电池电压的压差信号，这一信号表现为高电平上的低压差信号。该压差信号经过耦合，在模拟采样电路的放大器的输入端表现为静态工作电压上的低压差信号，同时由外部STM32或FPGA控制基准脉冲模块产生基准脉冲，经过放大器的运算放大后，得到两者的差值，此时输出的压差信号满足外部ADC的采样范围。在需要进行下次采样之前，由外部STM32或FPGA给出复位信号，模拟采样模块的反馈通路中的MOS开关导通，泄放掉反馈电容上的电荷，即可进行下次采样。

本实用新型的有益效果是：

1、通过N路数字控制电路、模拟采样模块、基准脉冲模块的配合工作实现片上的电压检测功能，结构简单；

2、N路数字控制电路具有功耗低，面积小的特点，静态电流低于200pA；

3、额外设置提供使能信号的使能模块，使能信号为高时正常工作，使能信号为低时，放大器和基准脉冲模块停止工作，达到进一步降低功耗的目的。

附图说明

图1是本实用新型用于电池组电压监测的集成电路的整体结构框图；

图2是图1中基准脉冲模块的电路原理图；

图3是图1中数字控制电路的电路原理图；

图4是图1中模拟采样模块的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

以13节串联电池组为例，参照图1所示，本实用新型所述的用于电池组电压监测的集成电路，包括13路数字控制电路1、模拟采样模块2和基准脉冲模块3；13路数字控制电路1的电源和地以及数据信号端级联在一起，13路数字控制电路1的输出端并联后经过片内耦合电容连接至模拟采样模块2的输入端，由基准脉冲模块3提供的基准脉冲连接至模拟采样模块2的反相输入端；模拟采样模块2的输出端接至片外的模拟数字转换器；某路数字控制电路1的输出端产生的电压变化经由耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块2，模拟采样模块2比较该电压差信号与基准脉冲模块3产生基准脉冲值的差值，由片外的模拟数字转换器获得所测电池的电压值。

如图3所示，各路数字控制电路1至少包括深N阱中的D触发器构成的移位寄存器、一对传输门开关、片内的下拉MOS管及片内耦合电容，数字控制电路1由串联电池组上对应的单节电池提供工作电压，外部的STM32或FPGA为数字控制电路1提供所需时钟信号、控制信号及使能信号，各路数字模块共用一路时钟信号以及一路使能信号，各路时钟信号及N位控制信号送至N路数字控制电路1作为标准电平的数字信号，标准电平的数字信号经过下拉MOS管及片内耦合电容后输入移位寄存器，移位寄存器的输出控制传输门开关的导通与关断，一对传输门开关中的一个传输门开关的一端连接至电池的正极，另一个传输门开关的一端连接至电池的负极，两对传输门开关的另一端均连接至模拟采样模块2；移位寄存器根据N位控制信号数据在使能信号的触发下选择要测量的任意一节电池，并使得传输门开关先后导通某节电池的正负极，由此产生的电压变化经由片内耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块2。

如图4所示，模拟采样模块2至少包括放大器、偏置电路、第一MOS开关、反馈电容及输出缓冲器，偏置电路的输出连接在放大器的正相输入端，第一MOS开关与反馈电容并联在放大器的反相输入端与输出端之间(放大器的反馈通路)，放大器的反相输入端接入13路数字控制电路1产生的电压差信号，基准脉冲模块3用于产生基准脉冲，并将基准脉冲输入至放大器的反相输入端；放大器将13路数字控制电路1产生的电压差信号与基准脉冲模块3产生的基准脉冲值之差进行放大，输出一个压差信号(较小)，该压差信号经输出缓冲器输出至片外，由片外的模拟数字转换器采样，最终获得所测电池的电压值。

模拟采样模块2还包括复位电路，复位电路用于接收外部STM32或FPGA产生的复位信号，使模拟采样模块2复位，从而使N路数字控制电路1重新接收N位控制信号数据并在使能信号的触发下选择要测量的某节电池并进行电压采样。

如图2所示，基准脉冲产生模块3至少包括带隙基准源、比例运算放大器、耦合电容、第二MOS开关和第三MOS开关，带隙基准源的输出连接至比例运算放大器的输入端，第二MOS开关连接在比例运算放大器的输出端与耦合电容的一端，第三MOS开关连接在地和耦合电容的一端，耦合电容的另一端接至模拟采样模块2，外部STM32或FPGA控制第二MOS开关和第三MOS开关产生基准脉冲，该基准脉冲送至模拟采样模块2的放大器的反相输入端。

本实用新型工作时，模拟采样模块2中的放大器偏置在静态工作点上，当13路数字控制电路1的开关，分别导通某节电池正负两极时，在13路数字控制电路1的输出端，产生大小为该节电池电压的压差信号，这一信号表现为高电平上的低压差信号。该压差信号经过耦合，在模拟采样电路2的放大器的输入端表现为静态工作电压上的低压差信号，同时由外部STM32或FPGA控制第二MOS开关和第三MOS开关使基准脉冲模块3产生基准脉冲，经过放大器的运算放大后，得到两者的差值，此时输出的压差信号满足外部ADC的采样范围。在需要进行下次采样之前，由外部STM32或FPGA给出复位信号，模拟采样模块2的反馈通路中的第一MOS开关导通，泄放掉并联在放大器输入端与输出端之间的反馈电容上的电荷，即可进行下次采样。该电路中额外带有用于提供使能信号的使能模块，使能信号为高时正常工作，使能信号为低时，放大器和基准脉冲模块停止工作，达到降低功耗的目的。

本实用新型并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，可根据本实用新型作出各种相应的更改和变型，而所有这些相应的更改和变型都属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于电池组电压监测的集成电路，其特征在于：包括N路数字控制电路（1）、模拟采样模块（2）和基准脉冲模块（3），N路数字控制电路（1）的电源和地以及数据信号端级联在一起，N路数字控制电路（1）的输出端并联后经过片内耦合电容连接至模拟采样模块（2）的输入端，由基准脉冲模块（3）提供的基准脉冲连接至模拟采样模块（2）的输入端；模拟采样模块（2）的输出端接至片外的模拟数字转换器；N路数字控制电路（1）的输出端产生的电压变化经由耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块（2），模拟采样模块（2）用于比较该电压差与基准脉冲模块（3）产生基准脉冲的差值，片外的模拟数字转换器根据该差值获得所测电池的电压值。

2.根据权利要求1所述的用于电池组电压监测的集成电路，其特征在于：N路数字控制电路（1）至少包括深N阱中的D触发器构成的移位寄存器、一对传输门开关、片内的下拉MOS管及片内耦合电容，N路数字控制电路（1）由串联电池组上对应的单节电池提供工作电压，外部的STM32或FPGA为N路数字控制电路（1）提供所需时钟信号、控制信号及使能信号，各路时钟信号共用一路数字时钟，各路时钟信号及N位控制信号送至N路数字控制电路（1）作为标准电平的数字信号，标准电平的数字信号经过下拉MOS管及片内耦合电容后输入移位寄存器，移位寄存器的输出控制传输门开关的导通与关断，一对传输门开关中的一个传输门开关的一端连接至电池的正极，另一个传输门开关的一端连接至电池的负极，一对传输门开关的另一端均连接至模拟采样模块（2）；移位寄存器根据N位控制信号数据在使能信号的触发下选择要测量的任意一节电池，并使得传输门开关先后导通某节电池的正负极，由此产生的电压变化经由片内耦合电容耦合成电压差，送至模拟采样模块（2）。

3.根据权利要求2所述的用于电池组电压监测的集成电路，其特征在于：所述模拟采样模块（2）至少包括放大器、偏置电路、第一MOS开关、反馈电容及输出缓冲器，偏置电路的输出连接在放大器的正相输入端，第一MOS开关与反馈电容并联在放大器的反相输入端与输出端之间，放大器的反相输入端接入N路数字控制电路（1）产生的电压差信号，基准脉冲模块（3）用于产生基准脉冲，并将基准脉冲也输入至放大器的反相输入端；放大器将N路数字控制电路（1）产生的电压差信号与基准脉冲模块（3）产生的基准脉冲的差值经过放大，在输出端得到一个压差信号，该压差信号经输出缓冲器输出至片外，由片外的模拟数字转换器采样，最终获得所测电池的电压值。

4.根据权利要求2所述的用于电池组电压监测的集成电路，其特征在于：所述模拟采样模块（2）还包括复位电路，所述复位电路用于接收外部STM32或FPGA产生的复位信号，使模拟采样模块（2）复位，从而使N路数字控制电路（1）重新接收N位控制信号数据并在使能信号的触发下选择要测量的某节电池并进行电压采样。

5.根据权利要求3所述的用于电池组电压监测的集成电路，其特征在于：所述基准脉冲模块（3）至少包括带隙基准源、比例运算放大器、耦合电容、第二MOS开关和第三MOS开关，带隙基准源的输出连接至比例运算放大器的输入端，第二MOS开关连接在比例运算放大器的输出端与耦合电容的一端，第三MOS开关连接在地和耦合电容的一端，耦合电容的另一端接至模拟采样模块（2），外部STM32或FPGA控制第二MOS开关和第三MOS开关产生基准脉冲，该基准脉冲送至模拟采样模块（2）的放大器的反相输入端。

6.根据权利要求3所述的用于电池组电压监测的集成电路，其特征在于：使能信号为高时放大器和基准脉冲模块正常工作，使能信号为低时，放大器和基准冲模块停止工作。