CN213817344U - 一种多路电源供电装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多路电源供电装置及车辆，属于多路电源供电技术领域，该装置包括控制器和至少两组电源供电电路，每组电源供电电路结构相同，均包括输入电压采样电路、供电支路、电子开关驱动模块，其中供电支路上设置有电子开关，电子开关驱动模块控制连接所述的电子开关。该装置利用控制器控制相应电源供电电路的电子开关驱动模块，能够自主可控的实现电源切换，并且，通过输入电压采样电路检测工作中的电源电压，当检测到电源电压异常时，由控制器立即控制相关电子开关驱动模块关闭电子开关，同时控制其他电压正常的电源供电电路工作，实现电源不间断供电，可靠性高，且控制灵活，避免了由于电压异常导致的事故发生。

Description

一种多路电源供电装置及车辆

技术领域

本实用新型属于多路电源供电技术领域，具体涉及一种多路电源供电装置及车辆。

背景技术

新能源汽车应用中，电池管理系统(BMS)作为一个重要部件，其不同工作状态下有两种供电方式：车载铅酸电池供电和车载DCDC电源供电。在实际应用中，当车辆充电时电池管理系统(BMS)由车载DCDC电源供电，当车辆行车和驻车等其它工况时，电池管理系统(BMS)由车载铅酸电池供电。因此，需根据车辆不同的工况条件进行切换电池管理系统(BMS)的供电电源。

目前，电池管理系统(BMS)中供电电源切换的方法有如下几种：

第一种：采用单刀双掷继电器实现。该方式可以实现两路供电电源的切换，但是单刀双掷继电器在切换动作期间，电池管理系统存在一段时间的供电中断，会导致电池管理系统复位，并且继电器切换次数有限，直接影响继电器的使用寿命。

第二种：通过二极管隔离的方法，利用二极管的单向导电性实现。例如，申请号为201921154947.2的中国实用新型专利，提出了一种多路电源供电电路，该电路利用二极管实现供电电源切换的方式，其缺点是，二极管导通时会有较大的正向压降会产生显著的功耗，长期大电流工作时会造成发热严重的现象，这就要求精心细致的热布局或成本昂贵的散热器，以保证二极管运行在合适的温度条件下；并且，当后端产品工作电压范围较宽时，当供电电源的电压在该工作电压范围的下限供电时，二极管的正向压降会导致实际后端产品的电压无法满足要求。

第三种：通过MOS管代替二极管隔离的方法实现。例如，申请号为201811093652.9的中国发明专利申请，提供了一种多路电源输入的切换电路，该电路通过一个MOS管实现两路电源切换，其两路电源供电顺序有优先级，优先级高的电源(即电压更高的输入电源)接入时自动切换为高优先级电源供电，当优先级高的电源的输入电压异常偏高时，无法主动断开电源，仍作为正常电源进行供电，容易引发事故，可靠性低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多路电源供电装置及车辆，用于解决现有多路电源供电装置可靠性低、容易引发事故的问题。

基于上述目的，一种多路电源供电装置的技术方案如下：

包括控制器和至少两组电源供电电路，每组电源供电电路结构相同，均包括：

输入电压采样电路，用于连接电源，以采集电源电压；

供电支路，供电支路上设置有电子开关；

电子开关驱动模块，控制连接所述的电子开关，用于控制供电支路的通断；

所述的控制器分别连接各输入电压采样电路的输出端，用于检测各电源供电电路的电源电压是否正常；且所述的控制器分别控制连接各电子开关驱动模块，用于在检测到正在供电的电源电压异常时，控制电子开关驱动模块关闭相应的电子开关，使电压异常的电源供电电路停止供电，并控制其他电源电压正常的电源供电电路工作。

基于上述目的，一种车辆的技术方案如下：

包括所述的多路电源供电装置，电源供电电路为两组，其中一组电源供电电路的输入端连接动力电池，另一组电源供电电路的输入端连接DCDC电源，两组电源供电电路均供电连接电池管理系统。

上述两个技术方案的有益效果是：

本实用新型的多路电源供电装置，利用控制器控制相应电源供电电路的电子开关驱动模块，能够自主可控的实现电源切换，并且，通过输入电压采样电路检测工作中的电源电压，当检测到电源电压异常时，由控制器立即控制相关电子开关驱动模块关闭电子开关，同时控制其他电压正常的电源供电电路工作(同样通过控制电子开关驱动模块实现)，实现电源不间断供电，可靠性高，且控制灵活，避免了由于电压异常导致的事故发生。

进一步的，为了降低功耗，所述的电子开关包括至少一组功率管支路，每组功率管支路上设置有两个反向串联的功率管；当电子开关有两组及以上的功率管支路时，各功率管支路并联连接。

进一步的，为了实现电子开关的可靠控制，所述的电子开关驱动模块包括一个驱动芯片和一个稳压二极管，其中，驱动芯片的输入端用于连接电源，驱动芯片的SOURCE端连接电子开关的的输入端，驱动芯片的驱动端连接电子开关中的功率管，稳压二极管连接在驱动芯片的SOUCE端和驱动端之间。

进一步的，每组电源供电电路还包括：输入防护电路，其输入端用于连接电源，输出端连接所述供电支路和驱动芯片，该输入防护电路用于吸收尖峰电压，保护输入防护电路的后级电路。

具体的，所述的输入防护电路包括第一支路，该第一支路上串设有两个反向串联的瞬态二极管。

作为其他实施方式，所述的输入防护电路还包括与第一支路并联的第二支路，第二支路上串设有电容。

进一步的，为了实现电源电压监测，所述的输入电压采样电路包括两个串联的第一电阻和第二电阻，且第一电阻和第二电阻的串联端为输入电压采样电路的输出端。

附图说明

图1是本实用新型装置实施例中多路电源供电装置的架构图；

图2是本实用新型装置实施例中多路电源供电装置的电路图；

图3是本实用新型装置实施例中的多路电源供电系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

装置实施例：

本实施例提出一种多路电源供电装置，以实现铅酸电池和DCDC电源这两路电源供电为例，该装置的架构如图1所示，包括两组供电电路，即铅酸电池供电电路、DCDC电源供电电路，两组供电电路的结构相同。每组供电电路均包括输入防护电路、输入电压采样电路、电子开关模块、电子开关驱动模块。其各部分的连接关系如下：

输入防护电路用于进行电压尖峰防护，保护后级电路，输入防护电路的输入端连接供电电源，本实施例中为铅酸电池或DCDC电源，输入防护电路的输出端连接电子开关，经过电子开关向负载供电。输入电压采样电路连接输入防护电路的输出端，用于监控输入电压状态，进行电压状态异常监测；电子开关驱动模块驱动连接电子开关，用于控制电子开关的通断，实现负载的供电电源切换。

该多路电源供电装置中各部分的具体实现电路如图2所示，以铅酸电池供电电路为例，分别对各部进行介绍：

1)第一输入防护电路的输入端连接铅酸电池的正负极VBAT+、VBAT-，第一输入防护电路包括三个支路，分别为：

第一支路，由两个瞬态二极管TVS1、TVS2反向串联构成，用于实现正向和反向电压尖峰防护，保护后级的第一电子开关驱动模块和第一电子开关免受尖峰电压导致的器件损坏。

第二支路和第三支路，其中第二支路中串设有电容C1、C2，第三支路中串设有电容C3、C4，其中C1、C2、C3、C4全部为滤波电容，C1、C2为小容量电容，滤除高频干扰，C3、C4为大容量电容，滤除低频干扰，两两串联的目的：一是为了提高耐压，二是为了提高电路可靠性，端口电容经常承受电应力冲击避免一个电容故障直接导致输入端短路

作为其他实施方式，本实施例中的输入防护电路还可以由第一支路和第二支路构成，或者仅包括第一支路，而不需第二支路和第三支路。

2)第一输入电压采样电路，该电路包括电阻R1、R2，电阻R1、R2的串联支路连接第一输入防护电路的输出端，即与第一支路、第二支路、第三支路并联，电阻R1、R2的串联端ADC1为电压采集端，通过电阻分压的方式实现电压采样，用来监控输入电源电压状态。

3)第一电子开关，包含两个或者多个NMOS管，两个NMOS管Q1、Q2一组，反向串联(也可多组并联以减小导通压降)。由于反向串联的两个MOS管中的二极管指向相反的方向，从而阻断了正向和反向电流，起到防反接作用，又能起到开关作用，并且导通阻值低，并且MOS管导通电阻非常小，相同电流条件下MOS管的导通功耗很小，由于功率管开关没有机械损耗，开关寿命不受开关次数影响。

4)第一电子开关驱动模块，主要由驱动芯片(芯片型号是LTC4359)实现，驱动芯片的输入端IN连接第一输入防护电路的输出端，驱动芯片的驱动端GATE连接NMOS管Q1、Q2的源极，NMOS管Q1的栅极连接驱动芯片的SOURCE端(SOURCE口连接外置MOS管的源极，监控MOS管的源极电压，同时在MOS管快速关断时为栅极提供回流路径)，SOURCE端与驱动端GATE之间连接有稳压管ZD1，用于进行稳压，以保护电子开关。驱动芯片的输出端OUT连接电容C5、C6，电容C5、C6并联后连接电阻R3、R4。

图2中，驱动芯片的OUT口连接外置MOS管的漏极，监控MOS管漏极电压，与SOURCE端电压配合一起监控MOS管的压降。OUT口只是电路形式上与VIN+连接；实际OUT口的作用时监控MOS管漏极电压，实际电路中连接时要靠近Q2、Q4的漏极连接。

第一电子开关驱动模块用来控制第一电子开关的导通和关断，并且驱动芯片具有使能控制引脚EN，使能控制引脚EN负责控制电子开关驱动模块。当把EN引脚拉至低电平时，将关断第一电子开关驱动模块；当把EN引脚悬空或者驱动至高电平时，第一电子开关驱动模块正常工作。

DCDC电源供电电路的结构与铅酸电池供电电路的结构组成相同，本实施例不再赘述。图2中，DCDC电源供电电路的输出端与铅酸电池供电电路的输出端VIN+连接，用于向负载供电。该多路电源供电装置的控制原理如下：

当需要铅酸电池供电时，第一电子开关驱动模块工作，驱动第一电子开关导通，铅酸电池通过第一电子开关向后端电路供电；同时DCDC电源不供电，第二电子开关驱动模块不工作，第二电子开关不导通，防止铅酸电池电源输出的电压倒灌至DCDC电源供电电路。

当需要DCDC电源供电时，第二电子开关驱动模块工作，驱动第二电子开关导通，DCDC电源通过第二电子开关向后端电路供电；同时铅酸电池不供电，第一电子开关驱动模块不工作，第一电子开关不导通，防止DCDC电源输出的电压倒灌至铅酸电池供电电路。

当DCDC电源和铅酸电池同时供电时，两个电子开关驱动模块同时工作，两个电子开关同时导通，两路电源并联之后为后端负载供电。当某一路供电电源的供电电压异常偏低，或者是铅酸电池电量不足而电压偏低时，通过对应的输入电压采样电路监控到电压偏低异常，并通过使能信号EN1或EN2控制对应的电子开关驱动模块停止工作，关断对应的电子开关，防止电流倒灌。

当DCDC电源和铅酸电池同时供电时，当发生某一路供电电源供电电压异常偏高的情况时，通过输入电压采样电路监控到电压偏高异常，并通过使能信号EN1或EN2控制电子开关驱动模块停止工作，关断对应的电子开关，防止长时间异常高压工作损坏电路器件。

本实施例中，以铅酸电池和DCDC电源这两路输入电源为例，介绍了多路电源供电装置的构成，作为其他实施方式，当需要供电的输入电源在三路和三路以上时，可通过增加相应的电源供电电路，其电路结构与上述铅酸电池供电电路和DCDC电源供电电路的结构相同。

为实现上述控制功能，本实施例的多路电源供电装置还包括一个控制器MCU，控制器MCU与多路电源供电装置具有连接关系，如图3所示，此二者的连接关系为：

1)控制器MCU控制连接使能信号EN1和EN2，用于控制两个电子开关驱动模块是否工作；

2)控制器MCU分别采集连接两个输入电压采样电路的输出端，即电压采集端ADC1和ADC2，用于采集输入电源(DCDC电源和/或铅酸电池)的输出电压，并判断电压是否正常，例如，将采集的电压与设定电压上限Vh与电压下限Vl进行比较，若该电压在范围(Vl，Vh)内，则判定电压正常；若该电压低于电压下限Vl或高于电压上限Vh，则判定电压异常；

3)控制器MCU控制连接有报警装置，用于在判断输入电压的输出电压异常时，控制报警器，发出供电异常报警。当本实施例的多路电源供电系统应用至车辆时，该报警装置可以为声音报警器和/或车辆的仪表显示器，即通过仪表显示器提升电压异常。

上述多路电源供电系统的具体工作过程如下：

连接输入电源后，首先通过对应的输入采样电路完成上电电源状态自检，检测输入电源正常后，控制相应电子开关驱动模块的EN(指的是EN1或EN2)引脚为高电平，电子开关驱动模块开始工作，驱动电子开关导通；如果检测到输入电源异常，则通过控制器MCU发出供电异常报警。

自检正常以后，当需要铅酸电池供电，并且DCDC电源不供电时，控制第一电子开关驱动模块的EN1引脚为高电平，第一电子开关驱动模块工作，驱动第一电子开关导通，铅酸电池通过第一电子开关向后端电路供电；同时，控制第二电子开关驱动模块的EN2引脚为低电平，第二电子开关驱动模块不工作，第二电子开关不导通，防止铅酸电池电源的电压倒灌DCDC电源供电电路。

当需要DCDC电源供电并且铅酸电池不供电时，控制第二电子开关驱动模块的EN2引脚为高电平，第二电子开关驱动模块工作，驱动第二电子开关导通，DCDC电源通过第二电子开关向后端电路供电；同时，控制第一电子开关驱动模块的EN1引脚为低电平，第一电子开关驱动模块不工作，第一电子开关不导通，防止DCDC电源的输入电压倒灌铅酸电池供电电路。

当DCDC电源和铅酸电池同时供电时，控制第一电子开关驱动模块的EN1引脚，和第二电子开关驱动模块的EN2引脚均为高电平，两个电子开关驱动模块同时工作，两个电子开关同时导通，相当于两路电源并联之后为后端电路供电。当某一路供电电源的供电电压异常偏低时，通过输入电压采样电路监控到电压偏低异常或电压，并由控制器MCU通过EN使能信号控制相应的电子开关驱动模块停止工作，关断对应的电子开关，防止电流倒灌，同时通过控制器MCU发出供电异常报警。

当某一路供电电源供电电压异常偏高时，通过输入电压采样电路监控到电压偏高异常，并由控制器MCU通过EN使能信号控制相应的电子开关驱动模块停止工作，关断对应的电子开关，防止长时间异常高压工作损坏电路器件，同时通过控制器MCU发出供电异常报警。

本实用新型的多路电源供电装置具有以下优点：

1)每路电源供电电路由单独设置的电子开关驱动模块进行独立控制，在进行输入电源切换时，能够实现电压输出的不间断供电；并且，多路输入电源之间没有优先级设置，可自主控制多路电源的切换，控制灵活。

2)电子开关以两个反接串联的功率管为一组，采用一组或多组实现该电子开关所在输入电源电路的通断，导通阻值低，导通压降小、功耗小；并且，由于功率管开关没有机械损耗，开关寿命不受开关次数影响，开关寿命长。

车辆实施例：

本实施例提供一种车辆，包括上述装置实施例中的多路电源供电装置，包括两组电源供电电路，其中一组电源供电电路的输入端连接动力电池，另一组电源供电电路的输入端连接DCDC电源，两组电源供电电路均供电连接电池管理系统。每组电源供电电路的构成请参考上述装置实施例中的记载，本实施例不再赘述。

本实用新型的车辆，利用装置实施例中的多路电源供电装置，实现了电源不间断供电，可靠性高，且控制灵活，避免了由于电压异常导致的事故发生。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多路电源供电装置，其特征在于，包括控制器和至少两组电源供电电路，每组电源供电电路结构相同，均包括：

输入电压采样电路，用于连接电源，以采集电源电压；

供电支路，供电支路上设置有电子开关；

电子开关驱动模块，控制连接所述的电子开关，用于控制供电支路的通断；

所述的控制器分别连接各输入电压采样电路的输出端，用于检测各电源供电电路的电源电压是否正常；且所述的控制器分别控制连接各电子开关驱动模块，用于在检测到正在供电的电源电压异常时，控制电子开关驱动模块关闭相应的电子开关，使电压异常的电源供电电路停止供电，并控制其他电源电压正常的电源供电电路工作。

2.根据权利要求1所述的多路电源供电装置，其特征在于，所述的电子开关包括至少一组功率管支路，每组功率管支路上设置有两个反向串联的功率管；当电子开关有两组及以上的功率管支路时，各功率管支路并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的多路电源供电装置，其特征在于，所述的电子开关驱动模块包括一个驱动芯片和一个稳压二极管，其中，驱动芯片的输入端用于连接电源，驱动芯片的SOURCE端连接电子开关的输入端，驱动芯片的驱动端连接电子开关中的功率管，稳压二极管连接在驱动芯片的SOUCE端和驱动端之间。

4.根据权利要求1所述的多路电源供电装置，其特征在于，每组电源供电电路还包括：输入防护电路，其输入端用于连接电源，输出端连接所述供电支路和驱动芯片，该输入防护电路用于吸收尖峰电压，保护输入防护电路的后级电路。

5.根据权利要求4所述的多路电源供电装置，其特征在于，所述的输入防护电路包括第一支路，该第一支路上串设有两个反向串联的瞬态二极管。

6.根据权利要求5所述的多路电源供电装置，其特征在于，所述的输入防护电路还包括与第一支路并联的第二支路，第二支路上串设有电容。

7.根据权利要求1所述的多路电源供电装置，其特征在于，所述的输入电压采样电路包括两个串联的第一电阻和第二电阻，且第一电阻和第二电阻的串联端为输入电压采样电路的输出端。

8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的多路电源供电装置，电源供电电路为两组，其中一组电源供电电路的输入防护电路的输入端连接动力电池，另一组电源供电电路的输入防护电路的输入端连接DCDC电源，两组电源供电电路均供电连接电池管理系统。

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