CN209786868U

CN209786868U - 后备电池硬件切换电路

Info

Publication number: CN209786868U
Application number: CN201920610563.0U
Authority: CN
Inventors: 吴苗; 梁志伟; 李嘉洁
Original assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2019-12-13
Anticipated expiration: 2029-04-29

Abstract

本申请涉及一种后备电池硬件切换电路，包括第一MOS管，第二MOS管；还包括DC‑DC升压模块、外部电源开关、电压比较器、电平逻辑转换模块以及通道控制器；其中，通道控制器的输入引脚连接在DC‑DC升压模块的输出端与第一MOS管的漏极之间，控制引脚连接电平逻辑转换模块的第三输出端，输出引脚分别连接第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极，检测引脚连接在第二MOS管的漏极与车载终端电源模块之间。本申请让电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品能够在紧急情况下，通过硬件电路进行后备电池供电切换，无需运用软件逻辑，避免使用超大容量电容和不能100％切换成功的情况。

Description

后备电池硬件切换电路

技术领域

本申请涉及汽车电池技术领域，特别是涉及一种后备电池硬件切换电路。

背景技术

电动汽车远程服务与管理系统车载终端的后备电池切换，目前一般是通过软件逻辑来完成的；通常是使用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)对外部电源电压进行采样，再按照判决逻辑进行供电通道的切换。采集、判决、控制都在MCU内完成，在切换过程中MCU必须工作正常。具体的，MCU对外部电源电压进行AD采样，获取外部电源电压值，当紧急情况来临，进入后备电池待机状态后，电压值低于某个判决门限值时，MCU控制关闭外部电源供电通路，打开后备电池供电通路，完成切换。

然而在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：若使用MCU 对外部电源电压进行AD采集，再根据判决逻辑使用软件程序进行通道切换，因为使用软件程序进行电压判断和通路切换需要时间较长，需要使用超大容量电容进行板内MCU的电压维持；软件程序执行所需时间长度的不稳定性也导致切换成功率不能达到100％。即传统技术使用软件程序进行电压判断和通路切换需要时间较长，易导致切换成功率低。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高切换成功率的后备电池硬件切换电路。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种后备电池硬件切换电路，包括DC-DC升压模块、第一MOS管、第二MOS管、通道控制器、外部电源开关、电压比较器以及电平逻辑转换模块；

其中，DC-DC升压模块的输入端连接后备电池，DC-DC升压模块的输出端分别连接通道控制器的输入引脚、第一MOS管的漏极；第一MOS管的源极连接第二MOS管的源极；第二MOS管的漏极连接车载终端电源模块；通道控制器的输出引脚分别连接第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极，通道控制器的检测引脚连接在第二MOS管的漏极与车载终端电源模块之间；

外部电源开关的输入端连接外部电源，外部电源开关的输出端连接车载终端电源模块；

电压比较器的同相输入端连接外部电源，电压比较器的输出端连接电平逻辑转换模块的输入端；电平逻辑转换模块的第一输出端连接外部电源开关的使能端，电平逻辑转换模块的第二输出端连接DC-DC升压模块的使能端，电平逻辑转换模块的第三输出端连接通道控制器的控制引脚。

在其中一个实施例中，还包括第一分压电阻和第二分压电阻；

第一分压电阻的一端连接外部电源，另一端连接电压比较器的同相输入端、

第二分压电阻的一端；第二分压电阻的另一端接地。

在其中一个实施例中，电平逻辑转换模块的输入端接入电压比较器的输出端输出的高电平信号，第一输出端向外部电源开关的使能端输出高电平，以使外部电源开关闭合，第二输出端向DC-DC升压模块的使能端输出低电平，以使 DC-DC升压模块停止工作，第三输出端向通道控制器的控制引脚输出高电平，以使通道控制器进入停止工作状态；

电平逻辑转换模块的输入端接入电压比较器的输出端输出的低电平信号，第一输出端向外部电源开关的使能端输出低电平，以使外部电源开关断开，第二输出端向DC-DC升压模块的使能端输出高电平，以使DC-DC升压模块进行升压输出，第三输出端向通道控制器的控制引脚输出低电平，以使通道控制器进入正常工作状态。

在其中一个实施例中，DC-DC升压模块为DC-DC升压芯片。

在其中一个实施例中，电压比较器为400mV电压比较器。

在其中一个实施例中，400mV电压比较器为LT6703HV型比较器。

在其中一个实施例中，通道控制器为LTC4412HV型控制器。

在其中一个实施例中，第一MOS管为功率PMOS管；第二MOS管为功率 PMOS管。

在其中一个实施例中，电平逻辑转换模块为逻辑开关电路。

在其中一个实施例中，外部电源开关为MOS管开关电路。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

本申请采用硬件切换电路进行后备电池供电切换；其中，电压比较器、电平逻辑转换模块、通道控制器等器件配合工作，让电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品能够在紧急情况下，通过硬件电路进行后备电池供电切换，无需运用软件逻辑，避免使用超大容量电容和不能100％切换成功的情况。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中后备电池硬件切换电路的第一示意性结构框图；

图2为一个实施例中后备电池硬件切换电路的第二示意性结构框图；

图3为一个实施例中后备电池硬件切换电路的具体结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“使能”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请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，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及 /或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请运用硬件电压比较电路、通道切换电路，让电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品能够在紧急情况下，通过纯硬件逻辑进行后备电池供电切换，避免使用超大容量电容和出现切换成功率达不到100％的情况。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的后备电池硬件切换电路，可以应用于电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品中。在一个实施例中，如图1所示，提供了一种后备电池硬件切换电路，包括DC-DC升压模块、第一MOS管、第二MOS管、通道控制器、外部电源开关、电压比较器以及电平逻辑转换模块；

具体而言，本申请主要包括DC-DC升压模块，外部电源开关，电平逻辑转换模块，电压比较器，通道控制器以及第一MOS管，第二MOS管。上述器件配合工作，让电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品能够在紧急情况下，通过硬件电路进行后备电池供电切换。

在一个具体的实施例中，电平逻辑转换模块的输入端接入电压比较器的输出端输出的高电平信号，第一输出端向外部电源开关的使能端输出高电平，以使外部电源开关闭合，第二输出端向DC-DC升压模块的使能端输出低电平，以使DC-DC升压模块停止工作，第三输出端向通道控制器的控制引脚输出高电平，以使通道控制器进入停止工作状态；

其中，本申请中的后备电池，可以指的电动汽车远程服务与管理系统车载终端自带的后备电池。

进一步的，本申请的具体工作模式可以如下：

外部电源(即外部供电电源)输出给到电压比较器的+IN引脚(即同相输入端)。将电压比较器的输出端(即OUT)的输出给到电平逻辑转换模块的输入端。电平逻辑转换模块的三个输出端口中，第一输出端给到外部电源开关的使能端。在一个示例中，当外部电源开关的使能端被置为高电平时，开关闭合，电流能够流过开关；当被置为低电平时，开关断开。电平逻辑转换模块的第二输出端给到DC-DC升压模块的使能端；在一个示例中，DC-DC升压模块的使能端被置为高电平时，模块使能，将电池电压升压到预设电压值后输出；被置为低电平时，则停止工作。电平逻辑转换模块的第三输出端给到通道控制器的控制引脚。在一个示例中，控制引脚被置为高电平时，通道控制器禁止工作，第一MOS 管、第二MOS管不接通；控制引脚被置为低电平时，通道控制器进入正常工作状态：当输入引脚的电压高于检测引脚的电压20mV时，接通第一MOS管、第二MOS管，其他情况第一MOS管、第二MOS管处于断开状态。

同时，在一个具体的实施例中，DC-DC升压模块可以为DC-DC升压芯片。具体地，DC-DC升压模块可以选用普通DC-DC升压芯片搭建。

在一个具体的实施例中，通道控制器可以为LTC4412HV型控制器。具体地，通道控制器的功能可以采用Linear的LTC4412HV进行实现。对应的，控制引脚可以为LTC4412HV型控制器的CTL(Digital Control Input)引脚；检测引脚可以为LTC4412HV型控制器的SENSE(Power Sense Input Pin)引脚；输入引脚可以为LTC4412HV型控制器的VIN(PrimaryInput Supply Voltage)引脚；输出引脚可以为LTC4412HV型控制器的GATE(Primary P-Channel MOSFET Power Switch Gate Drive Pin)引脚。

在一个具体的实施例中，第一MOS管可以为功率PMOS管；第二MOS管可以为功率PMOS管。具体地，上述2个功率PMOS管的功能可以采用 ON-Semiconductor的NVMD3P03R2G进行实现。

在一个具体的实施例中，电平逻辑转换模块可以为逻辑开关电路。具体的，电平逻辑转换模块可以使用包括普通三极管、电阻、电容的逻辑开关电路搭建。

在一个具体的实施例中，外部电源开关可以为MOS管开关电路。具体地，，外部电源开关可以选用普通MOS管搭建。

进一步的，基于上述器件，本申请的具体工作流程可以包括：

外部电源异常断开时，电源电压从正常电压往下跌落。电源电压给到电压比较器的引脚+IN(即同相输入端)。当输入到+IN引脚的电平大于预设电压值时，电压比较器的引脚OUT(即输出端)输出电平为高电平；当输入到+IN引脚的电平小于预设电压值时，OUT引脚(即输出端)输出低电平。当电压比较器输出低电平时，低电平给到电平逻辑转换模块的输入端，此时，电平逻辑转换模块的第一输出端输出低电平，第二输出端输出高电平，第三输出端输出低电平。第二输出端的高电平给到DC-DC升压模块的EN(使能)端，模块使能，将后备电池电压升压到相应值后输出(需要进行升压才能保证车载终端正常工作)。第一输出端的低电平给到外部电源开关的EN(使能)端。当外部电源开关的使能端被置为低电平时，开关断开，防止后备电池往外部供电。第三输出端的低电平给到通道控制器的控制引脚，通道控制器进入正常工作状态。因为外部电源开关断开后，通道控制器的检测引脚处的电压会迅速下降，当输入引脚的电压高于检测引脚的电压超过阈值时，接通第一MOS管、第二MOS管，将DC-DC升压模块的输出给到车载终端的电源模块，维持正常工作。

外部电压恢复时，本申请能够自动切换到外部电压供电以保持后备电池的寿命。当外部电源电压恢复时，电压比较器的输出端输出高电平。高电平给到电平逻辑转换模块的输入端，此时，电平逻辑转换模块的第一输出端输出高电平，第二输出端输出低电平，第三输出端输出高电平。第二输出端的低电平给到DC-DC升压模块的EN(使能)端，升压模块停止工作，减小后备电池暗电流损耗。第三输出端的高电平给到通道控制器的控制引脚，通道控制器被禁止，停止工作，第一MOS管、第二MOS管处于断开状态，防止外部电源的高电压通过DCDC升到模块倒灌到后备电池，引起电池过压损毁，此时后备电池停止往外供电。第一输出端的高电平给到外部电源开关的EN(使能)端。当外部电源开关的使能端被置为高电平时，开关接通，外部电压开始向车载终端的电源模块供电，维持车载终端的正常工作。

本申请运用电压比较器、通道切换控制等硬件电路，能让电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品能够在外部电源异常断开时，通过纯硬件电路完成后备电池与外部电源的供电切换，无需软件程序,避免使用超大容量电容进行电压维持和出现切换成功率达不到100％的情况。

进一步的，应用本申请，在外部电源电压恢复后，可以自动从后备电池切换到外部电源供电，防止后备电池过快消耗，实现无缝切换。

在一个实施例中，本申请提供了一种后备电池硬件切换电路，以该电路应用于电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品中为例进行说明。如图2所示，可以包括第一MOS管，第二MOS管、DC-DC升压模块、外部电源开关、电压比较器、电平逻辑转换模块、通道控制器以及第一分压电阻和第二分压电阻。

DC-DC升压模块的输入端连接后备电池，DC-DC升压模块的输出端分别连接通道控制器的输入引脚、第一MOS管的漏极；第一MOS管的源极连接第二 MOS管的源极；第二MOS管的漏极连接车载终端电源模块；通道控制器的输出引脚分别连接第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极，通道控制器的检测引脚连接在第二MOS管的漏极与车载终端电源模块之间；

其中，第一分压电阻的一端连接外部电源，另一端连接电压比较器的同相输入端、第二分压电阻的一端；第二分压电阻的另一端接地。

具体地，上述分压电阻提供分压功能；例如，将外部电源通过第一分压电阻、第二分压电阻进行电阻分压，给到电压比较器的引脚+IN；并可以通过调整调整第一分压电阻、第二分压电阻的值，使得当外部电源电压低于或高于预设阈值时，电压比较器的引脚OUT相应输出低电平或高电平。

下面结合一个具体实例阐述本申请方案的技术原理：

如图3所示，本申请可以包括DC-DC升压模块(图中器件1)，外部电源开关(图中器件2)，电平逻辑转换模块(图中器件3)，400mV电压比较器(图中器件4)，通道控制器(图中器件5)，2个功率PMOS管(图中器件6)，以及普通电阻。

在一个示例中，400mV电压比较器的相关功能可以采用Linear的LT6703HV 予以实现；2个功率PMOS管可以采用ON-Semiconductor的NVMD3P03R2G；通道控制器可以采用Linear的LTC4412HV。DC-DC升压模块可以选用普通 DC-DC升压芯片搭建；外部电源开关可以选用普通MOS管搭建；电平逻辑转换模块可以使用普通三极管、电阻、电容等构成逻辑开关电路搭建。

首先，将12V外部供电电源通过R1(即第一分压电阻)、R2(即第二分压电阻)电阻分压，给到电压比较器的第3引脚+IN。将电压比较器的第1引脚 OUT的输出给到电平逻辑转换模块IN。电平逻辑转换模块的输入IN和三个输出(OUT1、OUT2、OUT3)满足以下逻辑电平关系：当输入给IN的信号为高电平时，OUT2输出低电平，OUT1输出高电平，OUT3输出高电平；当输入给 IN的信号为低电平时，OUT2输出高电平，OUT1输出低电平，OUT3输出低电平。OUT1给到外部电源开关的EN(使能)脚。当外部电源开关的EN脚被置为高电平时，开关闭合，电流能够流过开关；当被置为低电平时，开关断开。 OUT2给到DC-DC升压模块的EN(使能)脚，DC-DC升压模块的EN脚被置为高电平时，模块使能，将电池电压升压到5V输出；被置为低电平时，则停止工作。OUT3给到通道控制器的CTL脚。CTL脚被置为高电平时，禁止工作， PMOS管不接通，被置为低电平时进入正常工作状态：当VIN脚的电压高于 SENSE脚的电压20mV时，接通PMOS管Q1(即第一MOS管)、Q2(即第二 MOS管)，其他情况PMOS管Q1、Q2处于断开状态。

具体地，外部电源异常断开时，VBAT(外部电源电压)从正常电压12V往下跌落。VBAT通过电阻R1、R2分压给到400mV电压比较器的第3引脚+IN。当输入到+IN引脚的电平大于400mV时，器件4的第1引脚OUT输出电平为高电平3.3V；当输入到+IN引脚的电平低于400mV时，OUT引脚输出低电平 0V。调整R1、R2的值，使得当VBAT低于阈值V1时，器件4的第1引脚OUT 输出低电平0V。

进一步的，0V给到电平逻辑转换模块的IN引脚，根据上文中逻辑电平关系的描述，此时器件2的OUT2输出高电平，OUT1输出低电平，OUT3输出低电平。OUT2引脚的高电平给到DC-DC升压模块的EN脚，模块使能，将后备电池电压升压到5V输出(因为普通后备电池的开路电压为4.2V，放电起始电压4.0V。放电截至电压为2.0V，需要进行升压才能保证车载终端正常工作)。 OUT1脚的低电平给到外部电源开关的EN(使能)脚。当外部电源开关的EN 脚被置为低电平时，开关断开，防止后备电池往外部供电。OUT3的低电平给到通道控制器的CTL脚，通道控制器进入正常工作状态。因为外部电源开关断开后，通道控制器的第6引脚SENSE电压会迅速下降，当第1引脚VIN的电压高于SENSE脚的电压超过20mV时，接通PMOS管Q1、Q2，将DC-DC升压模块的输出给到车载终端的电源模块，维持正常工作。

而在外部电源电压恢复时，需要自动切换到外部电压供电以保持后备电池的寿命。当VBAT恢复到高于阈值V1时，器件4的第1引脚OUT输出高电平。高电平给到电平逻辑转换模块的IN引脚，根据上文中逻辑电平关系的描述，此时器件2的OUT2输出低电平，OUT1输出高电平，OUT3输出高电平。OUT2 引脚的低电平给到DC-DC升压模块的EN(使能)脚，升压模块停止工作，减小后备电池暗电流损耗。OUT3的高电平给到通道控制器的CTL脚，通道控制器被禁止，停止工作，PMOS管Q1、Q2处于断开状态，防止外部电源的高电压通过DCDC升到模块倒灌到后备电池，引起电池过压损毁，此时后备电池停止往外供电。OUT1脚的高电平给到外部电源开关的EN(使能)脚。当外部电源开关的EN脚被置为高电平时，开关接通，外部电压开始向车载终端的电源模块供电，维持车载终端的正常工作。

本申请运用电压比较电路、通道切换电路等硬件电路，能让电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品能够在外部电源异常断开时，通过纯硬件电路完成后备电池与外部电源的供电切换，无需软件程序,避免使用超大容量电容进行电压维持和出现切换成功率达不到100％的情况。

基于本申请，在外部电源电压恢复后，可以自动从后备电池切换到外部电源供电，防止后备电池过快消耗，实现无缝切换。

本领域技术人员可以理解，图1-图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本申请实现了电动汽车远程服务与管理系统车载终端产品，在外部电源异常断开和恢复时，使用纯硬件电路进行后备电池与外部电源的相互切换，无需软件程序，避免使用超大容量电容进行电压维持和出现切换成功率达不到100％的情况。该申请所用器件都比较常见，功能容易实现，适合大批量的生产应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种后备电池硬件切换电路，其特征在于，包括DC-DC升压模块、第一MOS管、第二MOS管、通道控制器、外部电源开关、电压比较器以及电平逻辑转换模块；

其中，所述DC-DC升压模块的输入端连接后备电池，所述DC-DC升压模块的输出端分别连接所述通道控制器的输入引脚、所述第一MOS管的漏极；所述第一MOS管的源极连接所述第二MOS管的源极；所述第二MOS管的漏极连接车载终端电源模块；所述通道控制器的输出引脚分别连接所述第一MOS管的栅极、所述第二MOS管的栅极，所述通道控制器的检测引脚连接在所述第二MOS管的漏极与所述车载终端电源模块之间；

所述外部电源开关的输入端连接外部电源，所述外部电源开关的输出端连接所述车载终端电源模块；

所述电压比较器的同相输入端连接所述外部电源，所述电压比较器的输出端连接所述电平逻辑转换模块的输入端；所述电平逻辑转换模块的第一输出端连接所述外部电源开关的使能端，所述电平逻辑转换模块的第二输出端连接所述DC-DC升压模块的使能端，所述电平逻辑转换模块的第三输出端连接所述通道控制器的控制引脚。

2.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，还包括第一分压电阻和第二分压电阻；

所述第一分压电阻的一端连接所述外部电源，另一端连接所述电压比较器的同相输入端、所述第二分压电阻的一端；所述第二分压电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，

所述电平逻辑转换模块的输入端接入所述电压比较器的输出端输出的高电平信号，所述第一输出端向所述外部电源开关的使能端输出高电平，以使所述外部电源开关闭合，所述第二输出端向所述DC-DC升压模块的使能端输出低电平，以使所述DC-DC升压模块停止工作，所述第三输出端向所述通道控制器的控制引脚输出高电平，以使所述通道控制器进入停止工作状态；

所述电平逻辑转换模块的输入端接入所述电压比较器的输出端输出的低电平信号，所述第一输出端向所述外部电源开关的使能端输出低电平，以使所述外部电源开关断开，所述第二输出端向所述DC-DC升压模块的使能端输出高电平，以使所述DC-DC升压模块进行升压输出，所述第三输出端向通道控制器的控制引脚输出低电平，以使所述通道控制器进入正常工作状态。

4.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述DC-DC升压模块为DC-DC升压芯片。

5.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述电压比较器为400mV电压比较器。

6.根据权利要求5所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述400mV电压比较器为LT6703HV型比较器。

7.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述通道控制器为LTC4412HV型控制器。

8.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述第一MOS管为功率PMOS管；所述第二MOS管为功率PMOS管。

9.根据权利要求1所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述电平逻辑转换模块为逻辑开关电路。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的后备电池硬件切换电路，其特征在于，所述外部电源开关为MOS管开关电路。