电池电压采样电路及采样方法、电池包电压检测系统的制作方法_4

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后,低端偏置信号经由第一低端PMOS管411依次镜像至第二低端PMOS管412、第二低端NMOS管415、第一低端NMOS管414、第五低端PMOS管417和第四低端PMOS管416,以使各低端MOS管导通;低端偏置信号还经由第一低端PMOS管411镜像至第三低端PMOS管413,以向低端运算放大器431电路43提供偏置电流。
[0164]对于低端电池电压分压电路42,其连接于低端电池的负极、低端偏置电路41,用于接收低端电池的浮空电压,并将浮空电压进行分压。
[0165]在本实施例中,低端电池电压分压电路42至少包括:串联连接的第一低端电阻421和第二低端电阻422 ;第一低端电阻421接入低端电池的负极,第二低端电阻422与低端偏置电路41连接;其中,低端电池电压分压电路42输出的电压信号为第一低端电阻421两端形成的电压差。优选地,低端电池电压分压电路42输出的电压信号适于通过调节第一低端电阻421和第二低端电阻422之间的阻值比例来进行分压比例调节。
[0166]对于低端运算放大器431电路43,在本实施例中,至少包括一个低端运算放大器431,其正输入端连接于低端电池电压分压电路42,其正电源输入端连接于低端偏置电路41,其负电源输入端连接于低端电池的负极,用于在其正电源输入端接收到低端偏置电路41提供的偏置电流后,将低端电池电压分压电路42输出的电压信号从低端运算放大器431电路43的正输入端复制到低端运算放大器431电路43的负输入端。
[0167]对于低端电压转电流电路44,其连接于低端电池的负极、低端运算放大器431电路43的负输入端和输出端,用于将低端运算放大器431电路43的负输入端的电压信号转化为电流信号。
[0168]在本实施例中,低端电压转电流电路44至少包括:第三低端电阻441和第三低端NMOS管442 ;第三低端电阻441的一端接入低端电池的负极,另一端与第三低端NMOS管442的源极连接后接入低端运算放大器431电流的负输入端,第三低端NMOS管442的栅极与低端运算放大器431电路43的输出端连接,第三低端NMOS管442的漏极与电流镜像电路45连接。
[0169]对于电流镜像电路45,其连接于低端电压转电流电路44、电源电压VIN,用于将低端电压转电流电路44输出的电流信号进行镜像。
[0170]在本实施例中,电流镜像电路45至少包括:第六低端PMOS管451和第七低端PMOS管452 ;第六低端PMOS管451的漏极与低端电压转电流电路44连接,第六低端PMOS管451的漏极还与其栅极连接,第六低端PMOS管451的栅极还与第七低端PMOS管452的栅极连接,第六低端PMOS管451的源极与第七低端PMOS管452的源极连接后接入电源电压VIN,第七低端PMOS管452的漏极与低端电流转电压电路46连接。优选地,电流镜像电路45适于在将所述低端电压转电流电路输出的电流信号进行镜像时,通过调节第七低端PMOS管452和第六低端PMOS管451宽长比的比值来调节低端电压转电流电路44输出的电流信号的比例,从而使电流镜像电路45输出的电流信号为低端电压转电流电路44输出的电流信号的K倍;其中,K为第七低端PMOS管452和第六低端PMOS管451宽长比的比值。
[0171]值得一提的是,电源电压VIN分别向低端偏置电路41和电流镜像电路45提供稳压电压源,使低端偏置电路41和电流镜像电路45能够稳定工作。
[0172]对于低端电流转电压电路46,其连接于电流镜像电路45、芯片地端,用于将电流镜像电路45输出的电流信号传输到芯片地端,以使电流镜像电路45输出的电流信号转化为对地电压,并输出米样电压。
[0173]在本实施例中,低端电流转电压电路46至少包括:第四低端电阻461 ;第四低端电阻461的一端与电流镜像电路45连接,另一端接入芯片地端;其中,采样电压为第四低端电阻461两端形成的电压差。
[0174]请继续参阅图4,本实施例的低端电池电压采样电路中还包括两个输入端口,它们分别与低端电池的正极、负极相连,而低端电池的电压为Vbat,由此,与低端电池的正极相连的输入端口电压为Vbat+,与低端电池的负极相连的另一个输入端口电压为Vbat-。对于电池包电压检测系统来讲,Vbat为浮空电压,本实施例的低端电池电压采样电路的功能即为将该浮空电压精确转换为对地电压,供电池包电压检测系统其他模块使用。
[0175]当电池包电压检测系统不需要对该节低端电池电压采样时,外部偏置电路不提供偏置电流Ibias进入本实施例的低端电池电压米样电路,此时第一低端PMOS管411、第二低端PMOS管412、第三低端PMOS管413、第四低端PMOS管416、第五低端PMOS管417,以及第一低端NMOS管414、第二低端NMOS管415、第三低端NMOS管442均处于关断状态,采样电压Vsamp通过第四低端电阻461下拉至零电平,此时本实施例的低端电池电压采样电路整体处于关断状态,功耗几乎为零,从而大大降低电池包电压检测系统功耗。
[0176]当电池包电压检测系统需要对该节低端电池电压采样时,外部偏置电路提供偏置电流Ibias进入本实施例的低端电池电压采样电路,经由第一低端PMOS管411镜像至第三低端PMOS管413,为低端运算放大器431提供偏置电流;同时偏置电流Ibias经由第一低端PMOS管411依次镜像至第二低端PMOS管412、第二低端NMOS管415、第一低端NMOS管414、第五低端PMOS管417和第四低端PMOS管416,最后将第四低端PMOS管416导通。其中,第一低端PMOS管411、第二低端PMOS管412、第三低端PMOS管413、第一低端NMOS管414、第二低端NMOS管415、第四低端PMOS管416和第五低端PMOS管417等MOS管尺寸可根据电流需求灵活设置。
[0177]之后该节低端电池的浮空电压经第一低端电阻421和第二低端电阻422分压后,传递到低端运算放大器431的正输入端,其中,分压后的电压值由第一低端电阻421和第二低端电阻422的电阻值决定,即:
[0178]V431+ - Vbat- = Vbat*R421/(R421+R422)。
[0179]利用低端运算放大器431的工作特性,使其自动调整其输出端的电压,以保证从第三低端电阻441上反馈到低端运算放大器431的负输入端的电压和低端运算放大器431的正输入端的电压相等,从而将低端运算放大器431的正输入端电压精确复制到负输入端,即第三低端电阻441和第三低端NMOS管442的连接节点,即:
[0180]V431- - Vbat- = V431+ — Vbat- = Vbat*R421/(R421+R422)。
[0181]之后由第三低端电阻441和第三低端NMOS管442组成的低端电压转电流电路44将低端运算放大器431的负输入端电压转换为电流信号,即:
[0182]Isamp = (V431- — Vbat-) /R441 = Vbat*R421/[ (R421+R422) *R441]。
[0183]电压转化后的电流Isamp经精确匹配的由第六低端PMOS管451和第七低端PMOS管452构成的电流镜像电路45镜像后,变为原转化后电流Isamp的K倍,其中K为第七低端PMOS管452和第六低端PMOS管451宽长比的比值,即:
[0184]Isamp_out = Isamp*K = Vbat*R421*K/[(R421+R422) *R441]。
[0185]镜像后的电流Isamp_out流入低端电流转电压电路46,即第四低端电阻461中,最终形成采样电压Vsamp输出,即:
[0186]Vsamp = Isamp_out*R461 = Vbat*R421*R461*K/[(R421+R422)*R441];
[0187]从而得到:
[0188]Vsamp/Vbat = R421*R461*K/[(R421+R422)*R441]。
[0189]由上式可见,第一低端电阻421、第二低端电阻422、第三低端电阻441以及第四低端电阻461等电阻值比例可以根据电池包电压检测系统的需要随意设置,以得到不同的输出输入电压比值。
[0190]因此,本实施例的低端电池电压采样电路的采样精度不受电池电压影响,即使电池电压接近零伏,本实施例的低端电池电压采样电路也可以对其进行精确采样,大幅提高采样范围。在电池包电压检测系统工作过程中,如果电池包发生开路,Vbat+与Vbat-之间电压差会超出正常工作范围,但由于第一低端电阻421和第二低端电阻422构成的低端电池电压分压电路42存在,实际输入至低端运算放大器431的正输入端的电压仍在其正常工作范围内,不会导致芯片损坏,可有效保护芯片及电池包电压检测系统的安全。
[0191]本实施例的低端电池电压采样电路,通过第一低端PMOS管411、第二低端PMOS管412、第三低端PMOS管413、第一低端NMOS管414、第二低端NMOS管415、第四低端PMOS管416和第五低端PMOS管417实现了偏置与使能功能的复用,有效降低了电池包电压检测系统的功耗。此外,通过严格匹配的第一低端电阻421和第二低端电阻422构成的分压网络,实现了输入电压精确采样的同时确保芯片在发生意外时不会损坏;同时通过高增益运算放大器,实现了在确保采样精度的同时最大限度的扩展了采样电压范围;而电压转电流电路及电流转电压电路中第三低端电阻441及第四低端电阻461的精确匹配,确保了输出的采样电压对电池电压的精确复制。
[0192]此外,为了突出本发明的创新部分,本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入,但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。
[0193]请查阅图5,本发明第三实施例涉及一种电池包电压检测系统,用于对待测电池包进行电压检测,待测电池包包括串联的至少一节高端电池和至少一节低端电池。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0194]其中,本实施例的电池包电压检测系统至少包括:
[0195]至少一个与高端电池相应的高端电池电压采样电路3,用于在接收到对应的高端偏置信号后,对高端电池进行电压采样。该高端电池电压采样电路3的结构和原理在本发明的第一实施例中已详细描述,在此不作赘述。
[0196]以及至少一个与低端电池相应的低端电池电压采样电路4,用于在接收到对应的低端偏置信号后,对低端电池进行电压采样。该低端电池电压采样电路4的结构和原理在本发明的第二实施例中已详细描述,在此不作赘述。
[0197]在本实施例中,设定待测电池包包括六节串联的电池(当然,在其他的实施例中,待测电池包中串联的电池的数量可以根据需要进行选择)。这六节电池沿垂直坐标轴(Y轴)正方向排布,每节电池的正极在上、负极在下;按照此种排布方式,通常将沿垂直坐标轴(Y轴)正方向排布的靠近上方位置的电池作为高端电池,而将沿垂直坐标轴(Y轴)正方向排布的靠近下方位置的电池
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