一种BMS充放电控制保护电路的制作方法

本发明涉及电池管理系统领域，特别是涉及一种BMS充放电控制保护电路。

背景技术：

储能型电池管理系统中，需要MOS管来控制和保护电池的充放电过程，MOS管可以放在电池的正端控制，也可以放在负端控制，但是在正端控制时，在关断MOS一瞬间可能会产生振荡，一瞬间的大电流导致MOS击穿，如果选择负端控制，就不会出现这个问题。MOS管选择在负端控制需要专门的驱动电路，因为MOS管需要过大电流，如果开启或者关断的时间太长，MOS管的损耗功率太大，不但减小MOS管的损耗寿命，而且容易发热。现有的快关断MOS管的方法，一种是采用驱动芯片，一种是采用一个三极管驱动电路。前者成本高，电路复杂；后者驱动电流满足不了大电流MOS管开关的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种BMS充放电控制保护电路。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种BMS充放电控制保护电路，包括：控制中心、充电MOS驱动电路、放电MOS驱动电路、充电MOS电路和放电MOS电路，所述控制中心的第一控制输出端与所述充电MOS驱动电路的第一控制输入端连接，第二控制输出端与所述充电MOS驱动电路的第二控制输入端连接，第三控制输出端与所述放电MOS驱动电路的第一控制输入端连接，第四控制输出端与所述放电MOS驱动电路的第二控制输入端；

所述充电MOS驱动电路的输出端与所述充电MOS电路连接；

所述放电MOS驱动电路的输出端与所述放电MOS电路连接；

所述充电电MOS电路与放电MOS电路依次串联在电池组的总负端及充电器的负极端之间。

在其中一个实施例中，所述控制中心的第一检测端与所述充电MOS驱动电路连接，第二检测端与所述放电MOS驱动电路连接；

在其中一个实施例中，所述控制中心包括：MCU控制单元和AFE模拟前端单元，所述MCU控制单元与所述AFE模拟前端单元信号连接；

所述MCU控制单元的两个输出端分别作为所述控制中心的第一控制输出端和第四控制输出端；

所述AFE模拟前端单元的两个输出端分别作为所述控制中心的第二控制输出端和第三控制输出端。

在其中一个实施例中，所述充电MOS驱动电路包括：充电开关控制单元、充电一级电流放大单元和充电二级电流放大单元，所述充电开关控制单元、所述充电一级电流放大单元和所述充电二级电流放大单元顺序连接；

所述充电开关控制单元的输入端分别与所述控制中心的第一控制输出端和第二控制输出端连接，所述充电二级电流放大单元的输出端分别与所述控制中心的第一检测输出端和充电MOS电路连接。

在其中一个实施例中，所述充电开关控制单元包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关管Q1，所述第一电阻R1的一端作为所述充电MOS驱动电路的第二控制输入端与所述控制中心的第二控制输出端连接，另一端分别与所述第三电阻R3的一端和所述第一开关管Q1的栅极连接；

所述第二电阻R2的一端作为所述充电MOS驱动电路的第一控制输入端与所述控制中心的第一控制输出端连接，另一端与所述第一开关管Q1的栅极连接；

所述第三电阻R3的另一端与参考地GND连接；

所述第一开关管Q1的源极与参考地GND连接；

所述充电一级电流放大单元包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第二开关管Q2，所述第五电阻的一端与所述第一开关管Q1的漏极连接，另一端与所述第二开关管Q2的基极连接；

所述第四电阻R4的一端与所述第二开关管Q2的基极连接，另一端与所述第二开关管Q2的发射极连接；

所述第二开关管Q2的发射极与电源Vcc连接；

所述充电二级电流放大单元包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第三开关管Q3和第四开关管Q4，所述第七电阻R7的一端作为所述充电MOS驱动电路的输出端分别与所述充电MOS电路和所述控制中心的第一检测端连接；

所述第四开关管Q4的基极分别与所述第二开关管Q2的集电极、所述第三开关管Q3的基极和所述第六电阻R6的一端连接，集电极与所述电源Vcc连接，发射极与所述第七电阻R7的一端连接；

所述第七电阻R7的另一端与所述第三开关管Q3的发射极连接；

所述第三开关管Q3的集电极与所述电池组的总负端连接；

所述第六电阻R6的另一端与所述电池组的总负端连接。

在其中一个实施例中，所述放电MOS驱动电路包括：放电开关控制单元、放电一级电流放大单元和放电二级电流放大单元，所述放电开关控制单元、所述放电一级电流放大单元和所述放电二级电流放大单元顺序连接；

所述放电开关控制单元的输入端分别与所述控制中心的第三控制输出端和第四控制输出端连接，所述放电二级电流放大单元的输出端分别与所述控制中心的第一检测输出端和充电MOS电路连接。

在其中一个实施例中，所述放电开关控制单元包括：第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第五开关管Q5，所述第十电阻R10的一端作为所述放电MOS驱动电路的第四控制输入端与所述控制中心的第二控制输出端连接，另一端分别与所述第十二电阻R12的一端和所述第五开关管Q5连接；

所述第十一电阻R11的一端作为所述放电MOS驱动电路的第三控制输入端与所述控制中心的第三控制输出端连接，另一端与所述第五开关管Q5的源极连接；

所述第十二电阻R12的另一端分别与所述第五开关管Q5和参考地GND连接；

所述放电一级电流放大单元包括：第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一二极管D1和第六开关管Q6，所述第十三电阻R13的一端与所述第五开关管Q5的漏极连接，另一端分别与所述第十四电阻R14和第六开关管Q6的基极连接；

所述第六开关管Q6的发射极分别与所述第十四电阻R14的一端和电源Vcc连接，集电极与所述第一二极管D1的阳极连接；

所述放电二级电流放大单元包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第二二极管D2，所述第十五电阻R15的一端作为所述放电MOS驱动电路的输出端分别与所述放电MOS电路、所述控制中心的第二检测端连接；

所述第二二极管的阳极与电源Vcc连接，阴极与所述第七开关管Q7集电极连接；

所述第七开关管Q7的基极分别与所述第一二极管D1的阴极、所述第八开关管Q8的基极和所述第十六电阻R16的一端连接，发射极与所述第十五电阻R15的一端连接；

所述第十六电阻R16的另一端与所述充电器负极连接；

所述第八开关管Q8的发射极与所述第十五电阻R15的一端连接，集电极与所述充电器负极连接。

本次技术方案相比于现有技术有以下有益效果：

1.采用多级三极管驱动的MOS驱动电路控制充电放电MOS电路，开关速度快，开关损耗低，电路简单，成本低。

2.控制中心采用MCU控制单元和AFE模拟前端单元的组合形式，在MCU控制单元失效的情况时AFE模拟前端单元可以控制MOS管驱动电路工作，提高电路的稳定性和安全性。

3.控制中心利用第一检测端和第二检测端，当启动过充或者过放保护时，可以通过检测第一检测端和第二检测端的电压值来判断是否已经关断充电或者放电MOS电路，进一步提高电路的安全系数，稳定性强。

4.采用MOS管在电池组负端，相对于MOS管在电池组正端控制，安全系数高，不会出现MOS管容易被击穿的现象。

附图说明

图1为本实施例中的BMS充放电控制保护电路框架图；

图2为本实施例中的充电MOS驱动电路框架图；

图3为本实施例中的充电MOS驱动电路原理图；

图4为本实施例中的放电MOS驱动电路框架图；

图5为本实施例中的放电MOS驱动电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示为BMS充放电控制保护电路框架图，请一并结合参照图2、图3，包括：控制中心100、充电MOS驱动电路200、放电MOS驱动电路300、充电MOS电路400和放电MOS电路500，所述控制中心100的第一控制输出端与所述充电MOS驱动电路200的第一控制输入端连接，第二控制输出端与所述充电MOS驱动电路200的第二控制输入端连接，第三控制输出端与所述放电MOS驱动电路300的第一控制输入端连接，第四控制输出端与所述放电MOS驱动电路300的第二控制输入端；

所述充电MOS驱动电路200的输出端与所述充电MOS电路400连接；

所述放电MOS驱动电路300的输出端与所述放电MOS电路500连接；

所述充电电MOS电路400与放电MOS电路500依次串联在电池组的总负端及充电器的负极端之间。

具体地，所述控制中心100的第一检测端与所述充电MOS驱动电路200连接，第二检测端与所述放电MOS驱动电路300连接；

具体地，所述控制中心100包括：MCU控制单元101和AFE模拟前端单元102，所述MCU控制单元101与所述AFE模拟前端单元102信号连接；

所述MCU控制单元101的两个输出端分别作为所述控制中心100的第一控制输出端和第四控制输出端；

所述AFE模拟前端单元102的两个输出端分别作为所述控制中心100的第二控制输出端和第三控制输出端。

需要说明的是，电池组充电开始时，MCU控制单元101控制第一控制输出端(即图1中的MCU_DSG)和第四控制输出端(即图1中的MCU_CHG)控制充电MOS驱动电路200促使充电MOS电路400开始工作，当检测到电池的电压达到过充的报警值时，MCU控制单元101通过控制第一控制输出端控制充电驱动电路200关断充电MOS电路，电池组停止充电。

还需要说明的是，电池组放电开始时，MCU控制单元101控制第一控制输出端(即图1中的MCU_DSG)和第四控制输出端(即图1中的MCU_CHG)控制放电MOS驱动电路促使充电MOS电路400开始工作，当检测到电池的电压达到过放的报警值时，MCU控制单元101通过控制第四控制输出端控制放电驱动电路300关断放电MOS电路，电池组停止放电。

还需要说明的是，AFE模拟前端单元102也可以通过第二控制输出端(即图1的GPOH1)和第三控制输出端(即图1的GPOH2)控制充电MOS驱动电路200和放电MOS驱动电路300进而控制充电MOS电路400和放电MOS电路500，在MCU控制单元101因特殊情况无法工作时，启动AFE模拟前端单元102控制，提高电路的安全性。

还需要说明的是，通过检测第一检测端(即图1的BACK_DHG)和第二检测端(即图1的BACK_CHG)这两点的电压值判断是否已经关断充电MOS电路400和或者放电MOS电路500。

具体地，所述充电MOS驱动电路200包括：充电开关控制单元201、充电一级电流放大单元202和充电二级电流放大单元203，所述充电开关控制单元201、所述充电一级电流放大单元202和所述充电二级电流放大单元203顺序连接；

所述充电开关控制单元201的输入端分别与所述控制中心100的第一控制输出端和第二控制输出端连接，所述充电二级电流放大单元203的输出端分别与所述控制中心100的第一检测输出端和充电MOS电路400连接。

进一步地，所述充电开关控制单元201包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关管Q1，所述第一电阻R1的一端作为所述充电MOS驱动电路200的第二控制输入端与所述控制中心100的第二控制输出端连接，另一端分别与所述第三电阻R3的一端和所述第一开关管Q1的栅极连接；

所述第二电阻R2的一端作为所述充电MOS驱动电路200的第一控制输入端与所述控制中心100的第一控制输出端连接，另一端与所述第一开关管Q1的栅极连接；

所述第三电阻R3的另一端与参考地GND连接；

所述第一开关管Q1的源极与参考地GND连接；

所述充电一级电流放大单元202包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第二开关管Q2，所述第五电阻的一端与所述第一开关管Q1的漏极连接，另一端与所述第二开关管Q2的基极连接；

所述第四电阻R4的一端与所述第二开关管Q2的基极连接，另一端与所述第二开关管Q2的发射极连接；

所述第二开关管Q2的发射极与电源Vcc连接；

所述充电二级电流放大单元203包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第三开关管Q3和第四开关管Q4，所述第七电阻R7的一端作为所述充电MOS驱动电路200的输出端分别与所述充电MOS电路和所述控制中心100的第一检测端连接；

所述第四开关管Q4的基极分别与所述第二开关管Q2的集电极、所述第三开关管Q3的基极和所述第六电阻R6的一端连接，集电极与所述电源Vcc连接，发射极与所述第七电阻R7的一端连接；

所述第七电阻R7的另一端与所述第三开关管Q3的发射极连接；

所述第三开关管Q3的集电极与所述电池组的总负端连接；

所述第六电阻R6的另一端与所述电池组的总负端连接。

需要说明的是，请参照图2，当第一控制输出端为高电平时，第一开关管Q1导通，漏极为低电平，第二开关管Q2的基极电位被拉低，此时第二开关管Q2导通，第二开关管Q2的发射极被拉高，也就是第四开关管Q4基极为高电平，第四开关管Q4导通，这时，所述充电MOS驱动电路200输出高电平，控制充电MOS电路400工作，开始充电；

当第一控制输出端为低电平时，第一开关管Q1截止，此时第二开关管Q2也截止，第三开关管Q3的基极被第六电阻R6拉低，因为第三开关管Q3为PNP管，此时第三开关管Q3导通，这时，所述充电MOS驱动电路200输出低电平，控制充电MOS电路400停止工作，停止充电，达到快速关断的目的，减小MOS管的开关损耗。

具体地，所述放电MOS驱动电路300包括：放电开关控制单元301、放电一级电流放大单元302和放电二级电流放大单元303，所述放电开关控制单元301、所述放电一级电流放大单元302和所述放电二级电流放大单元303顺序连接；

所述放电开关控制单元301的输入端分别与所述控制中心100的第三控制输出端和第四控制输出端连接，所述放电二级电流放大单元303的输出端分别与所述控制中心100的第一检测输出端和充电MOS电路300连接。

进一步地，所述放电开关控制单元301包括：第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第五开关管Q5，所述第十电阻R10的一端作为所述放电MOS驱动电路300的第四控制输入端与所述控制中心100的第二控制输出端连接，另一端分别与所述第十二电阻R12的一端和所述第五开关管Q5连接；

所述第十一电阻R11的一端作为所述放电MOS驱动电路300的第三控制输入端与所述控制中心100的第三控制输出端连接，另一端与所述第五开关管Q5的源极连接；

所述第十二电阻R12的另一端分别与所述第五开关管Q5和参考地GND连接；

所述放电一级电流放大单元302包括：第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一二极管D1和第六开关管Q6，所述第十三电阻R13的一端与所述第五开关管Q5的漏极连接，另一端分别与所述第十四电阻R14和第六开关管Q6的基极连接；

所述第六开关管Q6的发射极分别与所述第十四电阻R14的一端和电源Vcc连接，集电极与所述第一二极管D1的阳极连接；

所述放电二级电流放大单元(303)包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第二二极管D2，所述第十五电阻R15的一端作为所述放电MOS驱动电路(300)的输出端分别与所述放电MOS电路、所述控制中心(100)的第二检测端连接；

所述第二二极管D2的阳极与电源Vcc连接，阴极与所述第七开关管Q7集电极连接；

所述第七开关管Q7的基极分别与所述第一二极管D1的阴极、所述第八开关管Q8的基极和所述第十六电阻R16的一端连接，发射极与所述第十五电阻R15的一端连接；

所述第十六电阻R16的另一端与所述充电器负极连接；

所述第八开关管Q8的发射极与所述第十五电阻R15的一端连接，集电极与所述充电器负极连接。

需要说明的是，放电MOS驱动电路300的工作原理和充电MOS驱动电路200的工作原理相同，不在详细对放电MOS驱动电路300的工作原理叙述。

还需要说明的是，第七开关管Q7与第六开关管Q6之间连接有第一二极管D1，目的是防止负载电流的倒灌，损坏第七开关管Q7和第六开关管Q6以及电源Vcc。

还需要说明的是，充电MOS驱动电路200还包括充电输出保护单元204，充电输出保护单元204由电阻、电容、稳压二极管组成，目的是为了稳定充电MOS驱动电路200的输出，提高电路的稳定性，同理，放电MOS驱动电路300也包括放电输出保护单元205，放电输出保护单元205也由电阻、电容、稳压二极管组成，目的也是为了稳定放电MOS驱动电路300的输出。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。