CN219740345U - 一种mos增强驱动电路及电池组保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种MOS增强驱动电路及电池组保护电路。该MOS增强驱动电路包括用于根据输入信号进行自动相应输出对应输出信号的推挽输出单元；推挽输出单元的电源输入端与稳压单元的输出端连接。其中，推挽输出单元的第一连接端通过串联一个用于防反灌的二极管D36以及一个用于限流的电阻R212与相应外围电路连接。本实用新型设计的MOS增强驱动电路能够提高I/O口驱动能力，进而提高电池组在充放电过程中达到保护参数时候迅速关断，起到保护电池组的目的。

Description

一种MOS增强驱动电路及电池组保护电路

技术领域

本实用新型涉及电池保护技术领域，具体为一种MOS增强驱动电路及电池组保护电路。

背景技术

MOS管即场效应管，用途广泛，包括电视机高频头(高频，小电流)到开关电源(高压大电流)。也可以把MOS和双极型(普通三极管)复合在一起，广泛应用于大功率领域。因此MOS管在诸多领域均有使用。

一般来说，由于电池组在充放电过程中电流较大，特别是放电过程中，需要在达到保护参数时候迅速关断，直接用I/O口驱动的话关断速度较慢，大电流量会对电池组造成损耗；此外，虽然充电过程相对于放电过程放电量小，但是不排除不及时关断对电池组造成的损耗。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有电池组充放电关断速度慢的问题，提供一种MOS增强驱动电路及电池组保护电路。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种MOS增强驱动电路，包括用于根据输入信号进行自动相应输出对应输出信号的推挽输出单元。推挽输出单元的电源输入端与稳压单元的输出端连接。其中，推挽输出单元的第一连接端通过串联一个用于防反灌的二极管D36以及一个用于限流的电阻R212与相应外围电路连接。

进一步的，所述推挽输出单元包括达林顿子电路和PMOS管Q64，以及二极管D37；其中，所述达林顿子电路的集电端作为所述推挽输出单元的电源输入端，并串联电阻后作为所述推挽输出单元的第一连接端；所述达林顿子电路的基端与用于防反灌的D37连接；所述达林顿子电路的发射端作为所述推挽输出单元的第二连接端，且连接Q64的发射极；Q64的基极串联电阻并与集电极接地。

进一步的，所述达林顿子电路包括NMOS管Q61、Q62；Q61的基极和发射极串联二极管D37，并与Q62基极连接，Q61、Q62的集电极作为所述达林顿子电路的集电端，Q62的发射极作为所述达林顿子电路的发射端。

进一步的，所述稳压单元包括两个NMOS管Q59、Q60，二极管D35、稳压二极管ZD2，以及滤波稳压子电路；其中，Q59的集电极和Q60的集电极、基极经电阻共接并作为所述稳压单元的输入端，Q60的基极通过ZD2接地，Q60的发射极与Q59的基极连接，Q59的发射极与D35的正极连接，D35的负极连接滤波稳压子电路后并作为所述稳压单元的输出端。

进一步的，所述滤波稳压子电路包括并联的电容C76和稳压二极管ZD2；ZD2的负极与D35的负极共接，ZD2的正极接地。

本实用新型还涉及一种电池组保护电路，包括电池模组、电池组端口模块、电池组前端模块和MCU模块。MCU模块与电池组前端模块连接，电池组前端模块与电池模组、电池组端口模块连接；电池组端口模块与电池模组连接。MCU模块还与用以蓝牙通讯的Bluetooth通讯模块连接；电池模组和电池组前端模块与MOS增强驱动模块连接；

其中，MOS增强驱动模块采用前述的MOS增强驱动电路。

进一步的，电池组保护电路还包括LED显示模块以及UART通讯模块；LED显示模块、UART通讯模块与MCU模块连接。

进一步的，LED显示模块包括蜂鸣器BUZZER1，四个发光二极管D3、D5、D6、D7。其中，D3、D5、D6、D7和BUZZER1的负极接地；D3、D5、D6、D7和BUZZER1的正极一一对应串联电阻并作为所述LED显示模块的连接端。

进一步的，电池组前端模块采用SH367309芯片。

进一步的，MCU模块采用SH79F6441芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：

1、本实用新型设计的MOS增强驱动电路能够提高I/O口驱动能力，进而提高电池组在充放电过程中达到保护参数时候迅速关断，起到保护电池组的目的；

2、本实用新型设计的电池组保护电路通过Bluetooth通讯或者UART通讯两种通讯方式进行信息传递，多种通讯方式满足不同场合下的通讯使用，Bluetooth通讯还可实现在对电池组开箱前便可筛选电池组的状态。

附图说明

参照附图来说明本实用新型的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本实用新型实施例1介绍的一种MOS增强驱动电路的电路原理图；

图2为本实用新型实施例2介绍的一种电池组保护电路的结构框图；

图3为基于图2的电池组端口模块和电池组前端模块的电路示意图；

图4为基于图2的SH367309芯片的原理框图；

图5为基于图2的MCU I²C总线的电路原理图；

图6为基于图2的JTAG的电路原理图；

图7为基于图2的MCU模块的电路原理图；

图8为基于图2的UART通讯模块的电路原理图；

图9为基于图2的Bluetooth通讯模块的电路原理图；

图10为基于图2的LED显示模块的电路原理图。

具体实施方式

容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

实施例1

请参阅图1，本实施例介绍了MOS增强驱动电路，包括用于提供12V稳压电源的稳压单元和用于根据输入信号进行自动相应输出对应输出信号的推挽输出单元。推挽输出单元的电源输入端与稳压单元的输出端连接。其中，推挽输出单元的第一连接端通过串联一个用于防反灌的二极管D36以及一个用于限流的电阻R212与相应外围电路连接。

本实施例提及的外围电路可以是电池组端口电路。下面先对稳压单元的具体电路结构进行说明。稳压单元包括两个NMOS管Q59、Q60，三个电阻R209、R210、R211，二极管D35，电容C76，以及稳压二极管ZD1、ZD2。这些电路元件构成稳压单元不仅能够用于驱动MOS管以及为发送控制信号DO的相应电路供电，C76和ZD2共同作用起到了滤波和稳定12V电压的作用。稳压单元的输入电压是电池组的总压，能够为推挽输出单元提供稳定的12V电压。

二极管D35起到防反灌功能。可以采用BAV21W开关二极管，其能够在-65℃～150℃的环境下工作，满足电池组正常工作温度环境。其额定电压200V，额定电流200mA，满足电池组正常功率环境。

NMOS管Q59、Q60均可以采用8050晶体管，一般由硅制成，特点为低电压、大电流，是一种小信号晶体管。最大功率为2W，广泛用于推挽放大以及开关电路。

稳压单元的具体连接如下：R209、R210、R211的其中一端共接并作为稳压单元的输入端，R209的另一端与Q59的集电极连接，R210的另一端与Q60的集电极连接，R211的另一端与Q60的基极以及ZD1的负极连接，ZD1的正极接地；Q59的基极与Q60的发射极连接，Q59的发射极与D35的正极连接，D35的负极与ZD2的负极连接，ZD2正极接地且ZD2并联C76。

下面对推挽输出单元的具体电路结构进行说明。推挽输出单元包括两个NMOS管Q61、Q62，PMOS管Q64，三个电阻R213、R214、R215，以及二极管D37。Q61和Q62构成达林顿电路构型，用以加快MOS管的开启速度。

Q61、Q62可以采用5551晶体管，能够开关或放大电子信号以及电力，其DC增益最小值和最大值为80至250，操作和存储温度必须为(最高)-55至+150℃，满足电池组正常环境温度。为了能使5551晶体管长时间正常运行，使用适当的基极电阻来提供所需的基极电流，同时保持低于最大额定值的5V-10V以确保安全。

Q64可以采用MMB5401三极管，其工作温度-55至+150℃，满足电池组正常环境温度。使用时不要超过最大额定值，超过绝对最大额定值的应力可能会损坏，也可能无法工作。

D37同样具有防反灌作用。采用与D35相同型号的二极管，即BAV21W开关二极管。推挽输出单元的具体连接方式如下：Q61和Q62的集电极与R213的其中一端连接，并作为推挽输出单元的电源输入端；Q61的基极、D37的负极和R213的另一端连接，并作为推挽输出单元的第一连接端DSG；D37的正极与Q62的基极、Q61的发射极连接，Q62、Q64的发射极与R214的其中一端连接，R214的另一端作为推挽输出单元的第二连接端；Q64的基极与集电极串联R215并接地。

推挽输出单元的第二连接端连接提供控制信号DO的控制电路，信号DO为放电功率MOS推挽驱动信号。当输入信号DO为正时，Q62导通Q64由于极性自动截止，当输入信号DO为负时，Q64导通Q62由于极性自动截止，不管输入信号如何变化都能自动完成导通与截止从而完成电路正常工作。Q61、Q62同时构成达林顿电路构型，使得三极管的放大倍数增强，用于加快MOS开启的速度。

推挽输出单元的第一连接端串联的D36也具有防反灌的作用，D36采用BAT46W二极管，其工作温度-55至+150℃，满足电池组正常环境温度。其额定电压100V，额定电流250mA，满足电池组正常功率环境。

基于此，本实施例介绍的MOS增强驱动电路能够提高I/O口驱动能力，进而提高电池组在充放电过程中达到保护参数时候迅速关断，起到保护电池组的目的。

实施例2

如图2所示，本实施例介绍了一种电池组保护电路，包括电池模组、电池组端口模块、电池组前端模块、MCU模块、LED显示模块以及UART通讯模块。MCU模块与电池组前端模块、Bluetooth通讯模块、LED显示模块、UART通讯模块连接，电池组前端模块与电池模组、电池组端口模块连接；电池组端口模块与电池模组连接。电池模组和电池组前端模块与MOS增强驱动模块连接。其中，MOS增强驱动模块采用前述的MOS增强驱动电路。本实施例以锂电池模组为例进行说明。

电池组端口模块和电池组前端模块的电路示意图如图3所示。利用SH367309或者性质类似的芯片，通过端子排插件进行连接并通过此芯片及其外围相关的电路进行单串电压的采集，通过充放电MOS进行充放电管理，P+/C+连接电池组的总正，SH367309芯片的第18、19的RS1和RS2电流采集电路进行电流的采集，SH367309芯片的34、36脚的DSG和CHG通过MOS管进行过充、过放保护。

SH367309芯片的原理框图如图4所示。通过MCU I²C总线(图5所示)去配置设置的阈值，然后SH367309芯片采集的电压/电流与设置的阈值对比，如果SH367309芯片采集的电压/电流大于或者等于设置的阈值，此时MOS管启动关闭。

SH367309芯片实现34/36脚的DSG和CHG通过MOS管进行过充、过放保护的过程如下：采集芯片通过采集到的电压/电流后，通过MODE模式切换控制端进行控制，

一、当MODE管脚外接低电平VL-MODE，采集芯片SH367309工作在保护模式。

正常工作状态：SH367309开启内置保护功能模块，开启平衡功能，关闭看门狗和TWI通讯模块。

Powerdown状态：当满足以下条件，SH367309进入Powerdown状态，关闭充放电MOS。

(1)任意串电芯电压低于Powerdown允许的VPD；连接充电器不能进入Powerdown，退出Powerdown后，采集芯片产生硬件复位。

(2)状态(1)持续时间超过Powerdown允许延时TPD。

二、当MODE管脚外接高电平VH-MODE，采集芯片SH367309工作在采集模式。

正常工作状态：SH367309开启内置保护功能模块，开启TWI通讯模块，MCU通过TWI通讯模块操作SH367309内部寄存器。

IDLE状态：当满足以下条件，SH367309进入IDLE状态。

(1)未发生任何保护，也未触发任何保护延时。

(2)检测到Sense两端电阻(RS1-RS2)大于充电电流检测阈值VCD2且(RS1-RS2)电压小于放电电流检测阈值VCD1。

(3)寄存器CONF中IDLE位置1。

当SH367309进入IDLE状态后，执行以下操作：1、关闭VADC、CADC、TWI通讯模块，同时关闭电压和温度的相关的保护功能。2、清零BALANCEH和BALANCEL寄存器。3、开启STA检测和充放电电流检测模块

当满足以下任一条件，SH367309退出IDLE：1、检测到STA信号(TWI的起始信号)。2、检测到Sense两端电阻(RS1-RS2)小于充电电流检测阈值VCD2或电压大于放电电流检测阈值VCD1，且持续时间超过充放电电流检测延时t CD。方式2退出IDLE状态时，SH367309通过ALARM管脚输出低电平脉冲通知MCU。

因此，SH367309芯片本身具有集成硬件过充电保护功能：集成硬件放电短路保护功能；集成平衡开关；集成充电器检测功能；集成负载检测功能；集成充放电状态检测功能；集成小电流唤醒功能；集成WatchDog功能。

VPRO管脚外接EEPROM烧写电压VPRO,且延时10m S，关闭充放电MOS及内部功能保护模块，此时其他设备可通过TWI接口读/写内置EEPROM，且EEPROM仅在烧录模式下方可进行写操作，SH367309芯片写的固件通过JTAG(图6所示)烧录进入MCU模块(图7所示)，然后MCU模块通过I²C去配置各个电压/电流的阈值，实现多种可改变参数的保护阈值。

请参阅图7，用SH79F6441(MCU)的原因在于此芯片是一种高速高效率8051可兼容单片机，在同样振荡频率下，较之传统的8051芯片它有着运行更快速的优越特性。在工作电压范围内都能进行编程和擦除操作，支持在线编程(ICP)操作支持写入、读取和擦除操作，编程次数程序区至少1万次，数据保存年限至少20年，此此芯片具有低功耗的特性，在电池组上应用相对低功耗对电池组的存储更有利。

请参阅图8，UART通讯模块中的稳压二极管采用AZ23C5V6二极管，稳压值范围在5.2V～6V，工作温度在-55～+150℃，满足日常工作环境使用。Bluetooth通讯模块可以采用型号为HC-05或HC-06蓝牙模块，二者硬件相同，只是芯片内部有所区别。HC-05和HC-06的主要差异在于主、从模式的设定，以及设置模块参数的AT命令的支持程度。HC-05通常支持30多道AT命令，HC-06只支持少数AT命令。也可以采用蓝牙4.0模块，Bluetooth通讯模块的型号不局限于上述提及的型号，只要能够实现蓝牙通讯即可。Bluetooth通讯模块电路原理图如图9所示。

请参阅图10，LED显示模块5位的LED显示电路，包括蜂鸣器BUZZER1，四个发光二极管D3、D5、D6、D7，以及五个电阻R8、R9、R13、R14、R16。蜂鸣器BUZZER1和四个发光二极管D3、D5、D6、D7代表不同的电量，具体如下表所示：

表1：蜂鸣器及发光二极管电量示意表

D7	D6	D5	D3	BUZZER1	代表电量％
						1	1	1	1	不响	100
0	1	1	1	不响	80
						0	0	1	1	不响	60
0	0	0	1	不响	40
						0	0	0	0	响	20

LED显示模块具体的电路连接如下：D3、D5、D6、D7和BUZZER1的负极接地；R8的一端与BUZZER1的正极连接，另一端作为LED显示模块的第一连接端。R9的一端与D3的正极连接，另一端作为LED显示模块的第二连接端。R13的一端与D5的正极连接，另一端作为LED显示模块的第三连接端。R14的一端与D6的正极连接，另一端作为LED显示模块的第四连接端。R16的一端与D7的正极连接，另一端作为LED显示模块的第五连接端。

MOS增强驱动电路中的推挽输出单元的第一连接端通过串联一个用于防反灌的二极管D36以及一个用于限流的电阻R212与SH367309芯片的I/O口DSG连接。DSG输出0V时(芯片有保护动作)，Q64导通，Q62/Q61截止，起到一个加速关断的作用(DO-R214-Q27-D37-D36-R212-DSG形成通路)。

DSG输出非0V时(芯片无保护动作)，稳压电源12V经过Q61、Q62，R214到DO，由于反向电压导致D36/D37截止。

基于此，电池组保护电路不仅可以实现电池模组的5-16串单串电压的检测，过充、过放、过流保护，同时具有蓝牙、UART功能的通讯模块，实现多种方式的通讯功能。MOS增强驱动电路提高I/O口驱动能力，令电池组在充放电过程中达到保护参数时候迅速关断。

本实用新型的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本实用新型技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种MOS增强驱动电路，其特征在于，其包括：

用于根据输入信号进行自动相应输出对应输出信号的推挽输出单元，其电源输入端与稳压单元的输出端连接；

其中，所述推挽输出单元的第一连接端通过串联一个用于防反灌的二极管D36以及一个用于限流的电阻R212与相应外围电路连接。

2.根据权利要求1所述的MOS增强驱动电路，其特征在于，所述推挽输出单元包括达林顿子电路、PMOS管Q64，以及二极管D37；

其中，所述达林顿子电路的集电端作为所述推挽输出单元的电源输入端，并串联电阻后作为所述推挽输出单元的第一连接端；所述达林顿子电路的基端与用于防反灌的D37连接；所述达林顿子电路的发射端作为所述推挽输出单元的第二连接端，且连接Q64的发射极；Q64的基极串联电阻并与集电极接地。

3.根据权利要求2所述的MOS增强驱动电路，其特征在于，所述达林顿子电路包括NMOS管Q61、Q62；Q61的基极和发射极串联二极管D37，并与Q62基极连接，Q61、Q62的集电极作为所述达林顿子电路的集电端，Q62的发射极作为所述达林顿子电路的发射端。

4.根据权利要求2所述的MOS增强驱动电路，其特征在于，所述稳压单元包括两个NMOS管Q59、Q60，二极管D35、稳压二极管ZD2，以及滤波稳压子电路；

其中，Q59的集电极和Q60的集电极、基极经电阻共接并作为所述稳压单元的输入端，Q60的基极通过ZD2接地，Q60的发射极与Q59的基极连接，Q59的发射极与D35的正极连接，D35的负极连接滤波稳压子电路后并作为所述稳压单元的输出端。

5.根据权利要求4所述的MOS增强驱动电路，其特征在于，所述滤波稳压子电路包括并联的电容C76和稳压二极管ZD2；ZD2的负极与D35的负极共接，ZD2的正极接地。

6.一种电池组保护电路，其包括电池模组、电池组端口模块、电池组前端模块和MCU模块；MCU模块与电池组前端模块连接，电池组前端模块与电池模组、电池组端口模块连接；所述电池组端口模块与所述电池模组连接；

其特征在于，所述MCU模块还与用以蓝牙通讯的Bluetooth通讯模块连接；所述电池模组和所述电池组前端模块与MOS增强驱动模块连接；

其中，MOS增强驱动模块采用如权利要求1-5中任意一项所述的MOS增强驱动电路。

7.根据权利要求6所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路还包括LED显示模块和UART通讯模块；LED显示模块、UART通讯模块与MCU模块连接。

8.根据权利要求7所述的电池组保护电路，其特征在于，所述LED显示模块包括蜂鸣器BUZZER1和四个代表不同电量的发光二极管D3、D5、D6、D7；

其中，D3、D5、D6、D7和BUZZER1的负极接地；D3、D5、D6、D7和BUZZER1的正极一一对应串联电阻并作为所述LED显示模块的连接端。

9.根据权利要求6所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组前端模块采用SH367309芯片。

10.根据权利要求6所述的电池组保护电路，其特征在于，所述MCU模块采用SH79F6441芯片。