CN212343375U

CN212343375U - 一种新型bms控负极充放电驱动控制电路

Info

Publication number: CN212343375U
Application number: CN202021245318.3U
Authority: CN
Inventors: 谢志强; 于崇江; 刘启辉
Original assignee: Shenzhen Rui Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Rui Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-29

Abstract

本实用新型公开一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路，包括电池模块、与电池模块连接的AFE模拟前端模块、与AFE模拟前端模块连接的主控MCU和充放电控制模块、依次与电池模块正极连接的充电驱动模块和放电驱动模块，以及依次与电池模块负极连接的充电MOS管开关模块和放电MOS管开关模块；所述充放电控制模块还分别与充电驱动模块、放电驱动模块连接，充电驱动模块还与充电MOS管开关模块连接，放电驱动模块还与放电MOS管开关模块连接。本实用新型既可以支持同口，也可以支持异口，使得其通用性好、兼容性强、功耗控制佳，且设计合理、原理简单、安全可靠，实用性强。

Description

一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路

技术领域

本实用新型涉及锂电池BMS技术领域，尤其涉及一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路。

背景技术

随着锂电池制造技术的不断发展，锂电池已经广泛应用在我们生活的各个领域，如电动汽车、储能以及UPS后备电源系统。但是，锂电池有个至命的缺点就是安全问题，为了提高锂电池的安全性能，人们发明了锂电池保护板，即BMS(锂电池管理系统)，BMS可通过关闭放电MOS管对电池的各种异常进行保护，如短路保护、充电过流保护、放电过流保护、充电过压保护、电芯过温保护、温度过低保护、MOS管过温保护等。

目前，市面上的BMS通常使用控负极MOS管的方案来激活电路，其激活电路简单，且驱动电路易实现，但存在一个问题，即其通常采取充放电电路的同口设计，而在充电和放电端口同口设计过程中，由于一般情况下电池放电电流要比充电电流大很多，所以同口的缺点是要求充电控制MOS管和放电控制MOS管一摸一样，放电时，电流会经过充电控制MOS管，这样就增加了成本、内阻和热量，且存在通用性欠佳、功耗大、可靠性差等不足之处。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路，该电路既可以支持同口，也可以支持异口，使得其通用性好、兼容性强、功耗控制佳，且设计合理、原理简单、安全可靠，同时，采用分立的半导体器件，进而无需外接按键开关，可减小PCB板的布局面积、降低成本、实用性强。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路，包括电池模块、与电池模块连接的AFE模拟前端模块、与AFE模拟前端模块连接的主控MCU和充放电控制模块、依次与电池模块正极连接的充电驱动模块和放电驱动模块，以及依次与电池模块负极连接的充电MOS管开关模块和放电MOS管开关模块；所述充放电控制模块还分别与充电驱动模块、放电驱动模块连接，充电驱动模块还与充电MOS管开关模块连接，放电驱动模块还与放电MOS管开关模块连接。

进一步地，所述充放电控制模块包括两充放电控制单元，且其中一充放电控制单元连接于AFE模拟前端模块的DFET引脚与放电驱动模块之间，另一充放电控制单元连接于AFE模拟前端模块的CFET引脚与充电驱动模块之间。

进一步地，每一充放电控制单元包括相互串联的第一电阻Rpu和第一电容C1，以及与第一电阻Rpu和第一电容C1并联的第二电阻Rpu。

进一步地，所述充电驱动模块包括电阻R1、三极管Q2、三极管Q3以及三极管Q4；所述三极管Q3的发射极经电阻R1与电池模块的正极连接，三极管Q3的基极与三极管Q4的基极连接，三极管Q3的集电极与三极管Q2的集电极连接；所述三极管Q2的基极与AFE模拟前端模块的VDD引脚连接，三极管Q2的发射极与一充放电控制单元连接；所述三极管Q4的发射极与电池模块的正极连接，三极管Q4的集电极与充电MOS管开关模块连接。

进一步地，所述放电驱动模块包括电阻R2、三极管Q5、三极管Q6以及三极管Q7；所述三极管Q6的发射极经电阻R2与电池模块的正极连接，三极管Q6的基极与三极管Q7的基极连接，三极管Q6的集电极与三极管Q5的集电极连接；所述三极管Q5的基极与AFE模拟前端模块的VDD引脚连接，三极管Q5的发射极与另一充放电控制单元连接；所述三极管Q7的发射极与电池模块的正极连接，三极管Q7的集电极与放电MOS管开关模块连接。

进一步地，所述新型BMS控负极充放电驱动控制电路还包括三极管Q1；所述三极管Q1的集电极与电池模块的正极连接，三极管Q1的基极与AFE模拟前端模块的BASE引脚连接，三极管Q1的发射极连接于三极管Q2与AFE模拟前端模块的公共连接端。

采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

该电路既可以支持同口，也可以支持异口，使得其通用性好、兼容性强、功耗控制佳，且设计合理、原理简单、安全可靠，同时，采用分立的半导体器件，进而无需外接按键开关，可减小PCB板的布局面积、降低成本、实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的原理性框图；

图2为本实用新型的电路图；

其中，附图标识说明：

1—电池模块； 2—AFE模拟前端模块；

3—主控MCU； 4—充放电控制模块；

5—充电驱动模块； 6—放电驱动模块；

7—充电MOS管开关模块； 8—放电MOS管开关模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

参照图1至2所示，本实用新型提供一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路，包括电池模块1、与电池模块1连接的AFE模拟前端模块2、与AFE模拟前端模块2连接的主控MCU3和充放电控制模块4、依次与电池模块1正极连接的充电驱动模块5和放电驱动模块6，以及依次与电池模块1负极连接的充电MOS 管开关模块7和放电MOS管开关模块8；所述充放电控制模块4还分别与充电驱动模块5、放电驱动模块6连接，充电驱动模块5还与充电MOS管开关模块7连接，放电驱动模块6还与放电MOS管开关模块8连接。

其中，所述充放电控制模块4包括两充放电控制单元，且其中一充放电控制单元连接于AFE模拟前端模块2的DFET引脚与放电驱动模块6之间，另一充放电控制单元连接于AFE模拟前端模块2的CFET引脚与充电驱动模块5之间；每一充放电控制单元包括相互串联的第一电阻Rpu和第一电容C1，以及与第一电阻 Rpu和第一电容C1并联的第二电阻Rpu。

所述充电驱动模块5包括电阻R1、三极管Q2、三极管Q3以及三极管Q4；所述三极管Q3的发射极经电阻R1与电池模块1的正极连接，三极管Q3的基极与三极管Q4的基极连接，三极管Q3的集电极与三极管Q2的集电极连接；所述三极管Q2的基极与AFE模拟前端模块2的VDD引脚连接，三极管Q2的发射极与一充放电控制单元连接；所述三极管Q4的发射极与电池模块1的正极连接，三极管Q4的集电极与充电MOS管开关模块7连接；所述放电驱动模块6包括电阻 R2、三极管Q5、三极管Q6以及三极管Q7；所述三极管Q6的发射极经电阻R2 与电池模块1的正极连接，三极管Q6的基极与三极管Q7的基极连接，三极管Q6 的集电极与三极管Q5的集电极连接；所述三极管Q5的基极与AFE模拟前端模块 2的VDD引脚连接，三极管Q5的发射极与另一充放电控制单元连接；所述三极管Q7的发射极与电池模块1的正极连接，三极管Q7的集电极与放电MOS管开关模块8连接；所述新型BMS控负极充放电驱动控制电路还包括三极管Q1；所述三极管Q1的集电极与电池模块1的正极连接，三极管Q1的基极与AFE模拟前端模块2的BASE引脚连接，三极管Q1的发射极连接于三极管Q2与AFE模拟前端模块2的公共连接端。

本实用新型工作原理：

充电驱动模块5：包括三极管Q3、三极管Q4(采用的是MMBTA06三极管)，其构成电流镜，负责产生参考电流源；与三极管Q2发射极连接的第二电阻Rpu 的电阻值，用来设置电流镜的电流值；三极管Q2的基极，被连接到3.3V电源，这个3.3V电源一般都是通过线性调节器产生的；电流镜的电流为：

(Vreg-0.6V)/Rpu，

其中，Vreg＝3.3V，Rpu一般取10kΩ，即可得到275uA的基准电流；流过三极管 Q3的参考电流和流过三极管Q4的输出电流，满足

如果选择驱动电流是1mA，那么可计算得到R1＝200Ω。

充电MOS管开关模块7：包括一个10V的稳压二极管，自放电NMOS管和一个自放电电阻；稳压二极管用于设置导通驱动电压值(大部分是10V)；自放电 NMOS管和串联的自放电电阻构成一个FET(包含于AFE模拟前端模块2里面的场效应晶体管)的源、漏极的放电回路，在FET没有正式的偏置电压驱动时候，这个放电回路也决定了FET的关断时间；电流镜给稳压二极管供电，流过自放电电阻的电流是(Vzener/Rgs)，随着自放电NMOS管的Vgs电压变负，消耗自放电NMOS管的消耗作用变弱；当自放电NMOS管处于导通状态的时候，自放电NMOS管本身的损耗小，随着主功率FET上通过的电压减少，自放电NMOS管的阻抗变小，会导致主FET的快速关断。

充放电控制模块4：当主功率FET(AFE模拟前端模块2的场效应晶体管)从关断到导通状态转换时，电流镜电路负责给稳压二极管，电流采样电阻和主功率 FET的门极容抗提供电流；1mA的驱动电流是比较小的，用来驱动主功率FET，会导致比较慢的开通时间；这里设计了一个加速电路，和第二电阻Rpu并联使用，由一个第一电阻Rpu和一个第一电容C1串联组成，可以加速主功率FET的导通时间；这个加速电路是临时作用，增加了主功率FET的驱动电流；增加驱动电流的时间，由加速电路的RC时间常数决定，通常选择500pF的加速电容，电阻选择从1k到10kΩ。

AFE模拟前端模块2：驱动信号可以来源于AFE模拟前端模块2或者MCU 的GPIO端口，把GPIO端口分别配置成DFET和CFET的逻辑控制口；高阻的 GPIO口状态，等同于在扫描模式和空闲模式，DFET连接到LDMON，CFET连接到VBAT+；而在运输和低功耗模式下，高阻的GPIO口状态，也代表了DFET 和CFET也是处于高阻状态；故障状态时候，也控制这两个GPIO脚，在短线故障发生的时候，功率FET的GPIO脚也是处于高阻状态。

当GPIO端口，被配置成功率FET的控制时候，当FET关断的时候，GPIO 口被第二电阻Rpu和NPN三极管拉高到3.3V，进而没有电流流过三级管Q2；当没有电流流过三极管Q4的时候，功率FET的门极电压，接近源极电压，这个时候，功率FET被认为是关断的，自放电消耗FET同一个串联电阻，连接功率FET 的门极和源极，保持功率FET处于OFF状态。

当功率FET开通的时候，GPIO端口是驱动低电平的，电流流经三极管Q2和三极管Q3，流经三极管Q4的电流是流经三极管Q2和三极管Q3的电流合；三极管Q4的电流源给10V稳压二极管提供偏置，给FET的门源极驱动电压提供稳定的驱动电压；自放电NMOS管的阻抗变大，NMOS的门源极驱动电压倾向负向；当功率FET由开通变成关断的时候，电流停止流向稳压二极管，门源极电压减少，导致自放电NMOS管阻抗变小，这导致功率FET的关断速度加快提速。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种新型BMS控负极充放电驱动控制电路，其特征在于，包括电池模块、与电池模块连接的AFE模拟前端模块、与AFE模拟前端模块连接的主控MCU和充放电控制模块、依次与电池模块正极连接的充电驱动模块和放电驱动模块，以及依次与电池模块负极连接的充电MOS管开关模块和放电MOS管开关模块；所述充放电控制模块还分别与充电驱动模块、放电驱动模块连接，充电驱动模块还与充电MOS管开关模块连接，放电驱动模块还与放电MOS管开关模块连接。

2.根据权利要求1所述的新型BMS控负极充放电驱动控制电路，其特征在于，所述充放电控制模块包括两充放电控制单元，且其中一充放电控制单元连接于AFE模拟前端模块的DFET引脚与放电驱动模块之间，另一充放电控制单元连接于AFE模拟前端模块的CFET引脚与充电驱动模块之间。

3.根据权利要求2所述的新型BMS控负极充放电驱动控制电路，其特征在于，每一充放电控制单元包括相互串联的第一电阻Rpu和第一电容C1，以及与第一电阻Rpu和第一电容C1并联的第二电阻Rpu。

4.根据权利要求2所述的新型BMS控负极充放电驱动控制电路，其特征在于，所述充电驱动模块包括电阻R1、三极管Q2、三极管Q3以及三极管Q4；所述三极管Q3的发射极经电阻R1与电池模块的正极连接，三极管Q3的基极与三极管Q4的基极连接，三极管Q3的集电极与三极管Q2的集电极连接；所述三极管Q2的基极与AFE模拟前端模块的VDD引脚连接，三极管Q2的发射极与一充放电控制单元连接；所述三极管Q4的发射极与电池模块的正极连接，三极管Q4的集电极与充电MOS管开关模块连接。

5.根据权利要求4所述的新型BMS控负极充放电驱动控制电路，其特征在于，所述放电驱动模块包括电阻R2、三极管Q5、三极管Q6以及三极管Q7；所述三极管Q6的发射极经电阻R2与电池模块的正极连接，三极管Q6的基极与三极管Q7的基极连接，三极管Q6的集电极与三极管Q5的集电极连接；所述三极管Q5的基极与AFE模拟前端模块的VDD引脚连接，三极管Q5的发射极与另一充放电控制单元连接；所述三极管Q7的发射极与电池模块的正极连接，三极管Q7的集电极与放电MOS管开关模块连接。

6.根据权利要求5所述的新型BMS控负极充放电驱动控制电路，其特征在于，所述新型BMS控负极充放电驱动控制电路还包括三极管Q1；所述三极管Q1的集电极与电池模块的正极连接，三极管Q1的基极与AFE模拟前端模块的BASE引脚连接，三极管Q1的发射极连接于三极管Q2与AFE模拟前端模块的公共连接端。