CN220874419U - 一种高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，升压充电泵把启动电压Vstart从辅助电源电压Vs升压到n倍Vs，使得Vstart电压大于控制芯片U1的供电电源启动电压阈值；限流电阻R4的一端与启动电压Vstart连接，另一端与U1的供电电压端连接，限制流过R4的电流小于U1的工作电流，且大于U1的休眠电流，使得U1能够正常启动；稳压管D7的负极端与U1的供电电压端连接，稳压管D7的正极端接地，稳压管D7限制供电电压Vcc的电压小于U1的最大供电电压值，其稳压值大于辅助绕组L3产生的电压，在正常工作时不导通。本实用新型无需专门的升压控制芯片，或者充电泵控制芯片，只需少量的通用二极管和电容，利用开关电源电路的SW方波实现升压，成本低，电路简单可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于电源技术领域，尤其涉及一种高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路。
背景技术
单体电池容量小，两端电压低，实际应用系统如电动汽车、储能电站等都需要采用多块电池进行串、并联后组成高压系统才能应用。而电池的非线性，一致性差异以及安全使用范围等限制，使得电池管理系统(BMS—Battery Management System)成为电动汽车的必备装置。BMS最基本的功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的荷电状态(SOC)和剩余续航里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充电、过流、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。
BMS通常由辅助电源供电，可为12V/24V开关电源或者铅酸电池。电池系统为高压系统，与之相连的BMS高压部分和与辅助电源相连的低压部分之间需要做高耐压隔离处理。
PSR模式的离线控制芯片由于其保护功能完善、成熟度高、成本低等优势，在小高功率电源电路上得到了广泛的应用。如图1所示，Vs为辅助电源，通常为12V，或者24V，可为铅酸电池，或者开关电源；L1/L2/L3为耦合的3个变压器绕组，L3为辅助绕组，起反馈电压作用，R1和R2组成分压电路，在变压器消磁期间反应输出电压的大小；由于离线控制芯片U1的电源VCC启动电压通常较高，而辅助电源Vs的电压范围比较宽，特别是12V铅酸电池供电时，辅助电源电压范围有很大一部分低于U1的启动阈值，使得U1无法正常启动，需要增加一个小的DC/DC电源模块M1来给U1供电。
现有技术至少存在缺点：
1)控制芯片U1的供电启动电压在20V左右，而辅助电源Vs的供电范围为6～36V，要求DC/DC为升降压稳压电路，而最简单的升降压电路为buck-boost，输出电压是反向的，不适用；Sepic和Zeta电路的输出电压虽然是正向的，但是电路多用了一个储能电感和电容，增加成本的同时，使得控制系统复杂，实际应用较少；
2)不同辅助电源系统难以通用，不同应用场合需要根据辅助电源电压范围进行调整。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，包括升压充电泵、限流电阻R4和稳压管D7，其中，
所述升压充电泵把启动电压Vstart从辅助电源电压Vs升压到n倍Vs，使得Vstart电压大于控制芯片U1的供电电源启动电压阈值；
所述限流电阻R4的一端与启动电压Vstart连接，另一端与控制芯片U1的供电电压端连接，限制流过R4的电流小于控制芯片U1的工作电流，且大于控制芯片U1的休眠电流，使得U1能够正常启动；
所述稳压管D7的负极端与控制芯片U1的供电电压端连接，稳压管D7的正极端接地，稳压管D7限制供电电压Vcc的电压小于控制芯片U1的最大供电电压，其稳压值大于辅助绕组L3产生的电压；
高压电池系统供电电源启动后，Vstart通过限流电阻R4的供电不足以维持控制芯片U1工作，控制芯片U1的供电由辅助绕组L3和二极管D1、电容C2提供，辅助绕组L3的异名端与二极管D1的正极端连接，二极管D1的负极端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，二极管D1和电容C2组成整流电路，在辅助绕组L3消磁时充电、滤波，供电电压Vcc与输出电压Vo成正比，电容C2的容量要求能够在隔离电源启动完成前，Vcc电压不掉到供电电压关闭阈值以下，即：C2*(Vst-Vstop)>Icc*tstart，其中Vst为控制芯片U1的供电启动阈值，Vstop为控制芯片U1的供电关闭阈值，Icc为控制芯片U1的工作电流，tstart为控制芯片U1的启动时间。
优选地，所述升压充电泵包括开关电源电路，二极管D3、D4、D5、D6，电容C6、C7、C8、C9，二极管D3的正极端与电源Vs连接，二极管D3的负极端与电容C6的一端连接，电容C6的一端还与二极管D4的正极端和电容C8的一端连接，二极管D4的负极端与电容C7的一端连接，电容C7的一端还与二极管D5的正极端连接，电容C7的另一端与电源Vs连接，二极管D5的负极端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与二极管D4的正极端连接，二极管D5的负极端还与二极管D6的正极端连接，二极管D6的负极端为输出的启动电压Vstart，电容C6的另一端与开关电源电路的开关节点SW相连，电容C9为升压充电泵输出启动电压Vstart的输出电容；
开关电源电路产生Vc输出电压，给MCU供电，开关电源电路在产生MCU供电电压Vc的同时，在其开关节点即SW点上产生方波电压，在Vs和0电压之间不停的切换。
优选地，当SW点电压为低电平0V时，二极管D3和D5导通，电源Vs通过二极管D3给电容C6充电，使得VC6＝Vs；电源Vs和电容C7通过二极管D5给电容C8和C6充电，使得VC8＝Vs+VC7-V C6＝VC7。
优选地，当SW点电压为高电平Vs时，二极管D4和D6导通，电容C6通过二极管D4给电容C7充电，使得VC7＝Vsw+VC6-Vs＝VC6＝Vs；电容C6、C8通过二极管D6给电容C9充电，VC9＝Vsw+VC6+VC8＝Vs+Vs+Vs＝3Vs，从而产生3倍Vs的启动电压Vstart。
优选地，所述开关电源电路采用Buck拓扑结构。
优选地，所述开关电源电路采用Boost拓扑结构。
优选地，所述开关电源电路采用Buck-Boost拓扑结构。
与现有技术相比较，本实用新型至少具备以下有益效果：
1.无需专门的升压控制芯片，或者充电泵控制芯片，只需少量的通用二极管和电容，利用BMS自带的Buck电路的SW方波实现升压，成本低，电路简单可靠；
2.对不同的辅助电源电压范围都可适用，通用性好，不同产品、不同应用场合无需调节。
附图说明
图1为现有技术中高压电池系统的结构框图；
图2为本实用新型一具体实施例高压电池系统启动电路的结构框图；
图3为本实用新型一具体实施例高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路的升压充电泵结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。
参见图2，所示为本实用新型高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路的结构框图，包括升压充电泵10、限流电阻R4和稳压管D7，其中，
升压充电泵10把启动电压Vstart从辅助电源电压Vs升压到n倍Vs，使得Vstart电压大于控制芯片U1的供电电源启动电压阈值；
限流电阻R4的一端与启动电压Vstart连接，另一端与控制芯片U1的供电电压端连接，限制流过R4的电流小于控制芯片U1的工作电流，且大于控制芯片U1的休眠电流，使得U1能够正常启动；
稳压管D7的负极端与控制芯片U1的供电电压端连接，稳压管D7的正极端接地，稳压管D7限制供电电压Vcc的电压小于控制芯片U1的最大供电电压值，其稳压值大于辅助绕组L3产生的电压；
隔离电源启动后，Vstart通过限流电阻R4的供电不足以维持控制芯片U1工作，控制芯片U1的供电由辅助绕组L3和二极管D1、电容C2提供，辅助绕组L3的异名端与二极管D1的正极端连接，二极管D1的负极端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，二极管D1和电容C2组成整流电路，在辅助绕组L3消磁时充电、滤波，供电电压Vcc与输出电压Vo成正比，电容C2的容量要求能够在隔离电源启动完成前，Vcc电压不掉到关闭电压阈值以下，即：C2*(Vst-Vstop)>Icc*tstart，其中Vst为控制芯片U1的供电启动阈值，Vstop为控制芯片U1的供电关闭阈值，Icc为控制芯片U1的工作电流，tstart为控制芯片U1的启动时间。
参见图3，升压充电泵10包括开关电源电路13，二极管D3、D4、D5、D6，电容C6、C7、C8、C9，二极管D3的正极端与电源Vs连接，二极管D3的负极端与电容C6的一端连接，电容C6的一端还与二极管D4的正极端和电容C8的一端连接，二极管D4的负极端与电容C7的一端连接，电容C7的一端还与二极管D5的正极端连接，电容C7的另一端与电源Vs连接，二极管D5的负极端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与二极管D4的正极端连接，二极管D5的负极端还与二极管D6的正极端连接，二极管D6的负极端为输出的启动电压Vstart，电容C6的另一端与开关电源电路13的开关节点SW相连，电容C9为升压充电泵10输出启动电压Vstart的输出电容；
开关电源电路13产生Vc输出电压，给MCU14供电，开关电源电路13在产生MCU14供电电压Vc的同时，在其开关节点即SW点上产生方波电压，在Vs和0电压之间不停的切换。
二极管D4和电容C7形成第一升压节11，二极管D5和电容C8形成第二升压节12。
当SW点电压为低电平0V时，二极管D3和D5导通，电源Vs通过二极管D3给电容C6充电，使得VC6＝Vs；电源Vs和电容C7通过二极管D5给电容C8和C6充电，使得VC8＝Vs+VC7-V C6＝VC7。
当SW点电压为高电平Vs时，二极管D4和D6导通，电容C6通过二极管D4给电容C7充电，使得VC7＝Vsw+VC6-Vs＝VC6＝Vs；电容C6、C8通过二极管D6给电容C9充电，VC9＝Vsw+VC6+VC8＝Vs+Vs+Vs＝3Vs，从而产生3倍Vs的启动电压Vstart。
开关电源电路13采用Buck拓扑结构或Boost拓扑结构或Buck-Boost拓扑结构，只要能实现SW波形(Vs、GND开关脉冲)即可。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，包括升压充电泵、限流电阻R4和稳压管D7，其中，
所述升压充电泵把启动电压Vstart从辅助电源电压Vs升压到n倍Vs，使得Vstart电压大于控制芯片U1的供电电源启动电压阈值；
所述限流电阻R4的一端与启动电压Vstart连接，另一端与控制芯片U1的供电电压端连接，限制流过R4的电流小于控制芯片U1的工作电流，且大于控制芯片U1的休眠电流，使得U1能够正常启动；
所述稳压管D7的负极端与控制芯片U1的供电电压端连接，稳压管D7的正极端接地，稳压管D7限制供电电压Vcc的电压小于控制芯片U1的最大供电电压值，其稳压值大于辅助绕组L3产生的电压，在正常工作时不导通；
高压电池系统隔离电源启动后，Vstart通过限流电阻R4的供电不足以维持控制芯片U1工作，控制芯片U1的供电由辅助绕组L3和二极管D1、电容C2提供，辅助绕组L3的异名端与二极管D1的正极端连接，二极管D1的负极端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，二极管D1和电容C2组成整流电路，在辅助绕组L3消磁时充电、滤波，供电电压Vcc与输出电压Vo成正比，电容C2的容量要求能够在高压隔离电源启动完成前，Vcc电压不掉到关闭电压阈值以下，即：C2*(Vst-Vstop)>Icc*tstart，其中Vst为控制芯片U1的供电启动阈值，Vstop为控制芯片U1的供电关闭阈值，Icc为控制芯片U1的工作电流，tstart为控制芯片U1的启动时间。
2.根据权利要求1所述的高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，所述升压充电泵包括开关电源电路，二极管D3、D4、D5、D6，电容C6、C7、C8、C9，二极管D3的正极端与电源Vs连接，二极管D3的负极端与电容C6的一端连接，电容C6的一端还与二极管D4的正极端和电容C8的一端连接，二极管D4的负极端与电容C7的一端连接，电容C7的一端还与二极管D5的正极端连接，电容C7的另一端与电源Vs连接，二极管D5的负极端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端与二极管D4的正极端连接，二极管D5的负极端还与二极管D6的正极端连接，二极管D6的负极端为输出的启动电压Vstart，电容C6的另一端与开关电源电路的开关节点SW连接，电容C9为升压充电泵输出启动电压Vstart的输出电容；
开关电源电路产生Vc输出电压，给MCU供电，开关电源电路在产生MCU供电电压Vc的同时，在其开关节点即SW点上产生方波电压，在Vs和0电压之间不停的切换。
3.根据权利要求2所述的高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，当SW点电压为低电平0V时，二极管D3和D5导通，电源Vs通过二极管D3给电容C6充电，使得VC6＝Vs；电源Vs和电容C7通过二极管D5给电容C8和C6充电，使得VC8＝Vs+VC7-V C6＝VC7。
4.根据权利要求2所述的高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，当SW点电压为高电平Vs时，二极管D4和D6导通，电容C6通过二极管D4给电容C7充电，使得VC7＝Vsw+VC6-Vs＝VC6＝Vs；电容C6、C8通过二极管D6给电容C9充电，VC9＝Vsw+VC6+VC8＝Vs+Vs+Vs＝3Vs，从而产生3倍Vs的启动电压Vstart。
5.根据权利要求2所述的高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，所述开关电源电路采用Buck拓扑结构。
6.根据权利要求2所述的高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，所述开关电源电路采用Boost拓扑结构。
7.根据权利要求2所述的高压电池系统隔离电源控制芯片的启动电路，其特征在于，所述开关电源电路采用Buck-Boost拓扑结构。
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