一种应用于BMS上的防呆隔离电源电路的制作方法

本实用新型属于电池管理技术领域，更具体地，涉及一种应用于BMS上的防呆隔离电源电路。

背景技术：

随着新能源汽车产业的飞速发展，对应的电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)的电路设计越来越复杂，功能也越来越丰富，对电源的稳定性要求也越来越高。双层或多层板因外部输入电源电压变动或人为接线操作失误，均有可能烧坏电路板。若板材经受不住短路或过流过压的冲击，板上走线很有可能会烧断，最终只能报废或飞线维修处理。因此具备防呆输入，短路，过流，过压保护，提供稳定电压输出的电源电路变得尤为重要。

如今的BMS电路控制板主要有如下问题：BMS电气接线时均需要注意电源的正负极；对实际使用者的专业能力有较高要求；误接线可能导致系统异常；受外界输入电压波动影响大；无过压保护；外界电源与内部电源系统无隔离。

BMS上的通信CAN总线采用平衡的两线差分接口，典型工作电压为3.3V，在与不同汽车厂家及充电设备CAN互联时，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然CAN总线具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压高于接收器的极限电压，接收器就再也无法正常工作，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。因此BMS要与外部设备连接，输出电源隔离必不可少。

现有电源输入保护是借助二极管单向导通性及MOS管低导通压的组合方式来防止输入电源接反而损坏后续应用电路，有如下不足之处：(1)输入电源误接反后，电路板不工作，让操作人员误判电路板故障；(2)外部输入电源的波动直接导致整个电路系统不稳定，出现复位，死机现象；(3)BUCK电源转换无法做到DC隔离。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种应用于BMS上的防呆隔离电源电路，其目的在于实现BMS电路板的电源输入端防呆，多路输出电源隔离。

本实用新型提供了一种应用于BMS上的防呆隔离电源电路，包括：全桥单元、过流过压保护单元、共模抑制单元、放电回路、高频变压器、稳压单元、限压保护单元、开关单元、光耦单元、第一滤波单元、第二滤波单元和稳压源；所述全桥单元具有两个输入端，所述过流过压保护单元的输入端连接至所述全桥单元的输出端，所述共模抑制单元的输入端连接至所述过流过压保护单元的输出端，所述高频变压器的第一输入端连接至所述共模抑制单元的输出端和所述放电回路的输出端，所述第一滤波单元的输入端连接至所述高频变压器的第一输出端，所述稳压源的输入端连接至所述第一滤波单元的输出端，所述光耦单元的输入端连接至所述稳压源的输出端，所述稳压单元的第一输入端连接至所述光耦单元的输出端，所述稳压单元的第二输入端连接至所述高频变压器的第三输出端，所述限压保护单元的输入端连接至所述稳压单元的输出端，所述开关单元的输入端连接至所述限压保护单元的输出端，所述放电回路的输入端连接至所述开关单元的输出端，所述高频变压器的第二输入端连接至所述开关单元的输出端，所述第二滤波单元的输入端连接至所述高频变压器的第二输出端。

在本实用新型中，BMS电源输入端不再区分DC正负极、有较强的容错性。过压及过流都不会影响后续电路；CAN通信电源部分采用高频变压器实现电气全隔离，抑制外界干扰。整套BMS电路板的稳定性更强。

更进一步地，所述全桥单元包括：二极管D1、二极管D2、二极管D4和二极管D5；所述二极管D1的阳极和所述二极管D4的阳极接地，所述二极管D1的阴极和所述二极管D2的阴极连接后作为所述全桥单元的第一输入端DC_INPUT1；所述二极管D4的阴极和所述二极管D5的阴极连接后作为全桥单元的第二输入端DC_INPUT2；所述二极管D2的阴极和所述二极管D5的阴极连接后作为全桥单元的输出端。

更进一步地，所述过流过压保护单元包括：保险丝F1、热敏电阻NTC和二极管D9；所述保险丝F1的一端作为所述过流过压保护单元的输入端，所述保险丝F1的另一端作为所述过流过压保护单元的输出端；所述热敏电阻NTC连接在所述保险丝F1的另一端与地之间；所述二极管D9的阴极连接至所述保险丝F1的另一端，所述二极管D9的阳极接地。

更进一步地，所述共模抑制单元包括：共模电感L1、电容C3和电容C4；所述共模电感L1包括第一绕组和第二绕组，第一绕组的同名端作为共模抑制单元的输入端，第一绕组的异名端作为共模抑制单元的输出端，第二绕组的同名端和异名端均接地，所述电容C4连接在第一绕组的同名端和第二绕组的同名端之间；所述电容C3与所述电容C4并联。

更进一步地，所述稳压单元包括：稳压芯片U1及其外围电路；所述稳压芯片U1的COMP端通过电阻R11连接至光耦PC1的第三端，稳压芯片U1的Vref端通过依次串联连接的电阻R4和电阻R13连接至PC1的第三端，电阻R4和电阻R13的串联连接端连接至稳压芯片U1的RT/CT端，稳压芯片U1的RT/CT端还通过电容C7接地；稳压芯片U1的VFB接地，稳压芯片U1的Isense端通过电容C8接地，稳压芯片U1的Isense端还通过依次串联连接的电阻R10和电阻R12接地；电阻R10和电阻R12的串联连接端连接至NMOS管Q1的源极；二极管D10的阳极连接至ET1的第二初级绕组的一端，二极管D10的阴极通过电容C6接地；二极管D10的阴极还连接至U1的Vi端。

更进一步地，开关单元包括：NMOS管Q1，所述NMOS管Q1的栅极通过所述电阻R7连接至所述稳压芯片U1的输出端，所述NMOS管Q1的漏极连接至二极管D7的阳极，所述NMOS管Q1的源极通过电阻R12接地。

更进一步地，所述限压保护单元包括：电阻R7、电阻R8和二极管D11；所述电阻R7的一端连接至所述稳压芯片U1的输出端OUT，所述电阻R7的另一端连接至NMOS管Q1的栅极，所述二极管D11的阴极连接至所述稳压芯片U1的输出端OUT，所述二极管D11的阳极连接至所述NMOS管Q1的源极，所述电阻R8与所述二极管D11并联连接。

本实用新型中，DC电源输入端不再区别DC正负极，电源反接后电源电路仍能正常工作，且在18V-32V的外界波动电压下均能提供稳定的多路隔离DC输出，有很强的抗干扰能力，同时具备过压及过流抑制能力，防止电源板的意外损毁。降低安装人员的专业要求，提高系统容错性。同时还可避免因外界输入电压波动、过流及电源反接的故障，不用担心误接线，方便可靠，CAN通信电源经过DC/DC隔离，保证通信芯片正常工作。

附图说明

图1是本实用新型提供的应用于BMS上的防呆隔离电源电路的原理框图；

图2是本实用新型提供的应用于BMS上的防呆隔离电源电路的具体电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1示出了本实用新型提供的应用于BMS上的防呆隔离电源电路的原理框图；图2示出了本实用新型提供的应用于BMS上的防呆隔离电源电路的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

应用于BMS上的防呆隔离电源电路包括：全桥单元1、过流过压保护单元2、共模抑制单元3、放电回路4、高频变压器5、稳压单元6、限压保护单元7、开关单元8、光耦单元9、第一滤波单元10、第二滤波单元11和稳压源12；全桥单元1具有两个输入端，过流过压保护单元2的输入端连接至全桥单元1的输出端，共模抑制单元3的输入端连接至过流过压保护单元2的输出端，高频变压器5的第一输入端连接至共模抑制单元3的输出端和放电回路4的输出端，第一滤波单元10的输入端连接至高频变压器5的第一输出端，稳压源12的输入端连接至第一滤波单元10的输出端，光耦单元9的输入端连接至稳压源12的输出端，稳压单元6的第一输入端连接至光耦单元9的输出端，稳压单元6的第二输入端连接至高频变压器5的第三输出端，限压保护单元7的输入端连接至稳压单元6的输出端，开关单元8的输入端连接至限压保护单元7的输出端，放电回路4的输入端连接至开关单元8的输出端，高频变压器5的第二输入端连接至开关单元8的输出端，第二滤波单元11的输入端连接至高频变压器5的第二输出端。

其中，全桥单元1用于实现直流电源输入接线防呆；包括：二极管D1、二极管D2、二极管D4和二极管D5，二极管D1的阳极和二极管D4的阳极接地，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接后作为全桥单元1的第一输入端DC_INPUT1；二极管D4的阴极和二极管D5的阴极连接后作为全桥单元1的第二输入端DC_INPUT2；二极管D2的阴极和二极管D5的阴极连接后作为全桥单元1的输出端。

过流过压保护单元2用于实现外部电压高压保护；包括：保险丝F1、热敏电阻NTC和二极管D9，保险丝F1的一端作为过流过压保护单元2的输入端，保险丝F1的另一端作为输出端；热敏电阻NTC连接在保险丝F1的另一端与地之间；二极管D9的阴极连接至保险丝F1的另一端，二极管D9的阳极接地。

共模抑制单元3包括：共模电感L1、电容C3和电容C4；共模电感L1包括第一绕组和第二绕组，第一绕组的同名端作为共模抑制单元3的输入端，第一绕组的异名端作为共模抑制单元3的输出端，第二绕组的同名端和异名端均接地，电容C4连接在第一绕组的同名端和第二绕组的同名端之间；电容C3与电容C4并联。其中，共模电感L1可以抑制共模信号干扰。

放电回路4包括：电阻R1、电容C1和二极管D7，电阻R1的一端作为放电回路4的输入端，电阻R1的另一端连接至二极管D7的阴极，二极管D7的阳极作为放电回路4的输出端；电容C1与电阻R1并联连接。

高频变压器5包括：ET1，ET1包括第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，第一初级绕组的一端连接至共模抑制单元3的输出端，第一初级绕组的另一端连接至D7的阳极，第一次级绕组的一端连接至D6的阳极，第一次级绕组的另一端接地；第二初级绕组的一端连接至D7的阳极，第二初级绕组的另一端接地，第二次级绕组的一端连接至D8的阳极，第二次级绕组的另一端接地。高频变压器5采用高反激变压器，用于隔离电信号，传递能量。

稳压单元6包括：稳压芯片U1及其外围电路，稳压芯片U1的COMP端通过电阻R11连接至PC1的第三端，稳压芯片U1的Vref端通过依次串联连接的电阻R4和电阻R13连接至PC1的第三端，电阻R4和电阻R13的串联连接端连接至稳压芯片U1的RT/CT端，稳压芯片U1的RT/CT端还通过电容C7接地；稳压芯片U1的VFB接地，稳压芯片U1的Isense端通过电容C8接地，稳压芯片U1的Isense端还通过依次串联连接的电阻R10和电阻R12接地；电阻R10和电阻R12的串联连接端连接至Q1的源极；二极管D10的阳极连接至ET1的第二初级绕组的一端，二极管D10的阴极通过电容C6接地；二极管D10的阴极还连接至U1的Vi端。

其中，R10作为限流单元，由主控斩波芯片备用供电；电阻R4、和电容C7组成了振荡单元，用于产生三角波；电阻R12，电阻R10和电容C8构成了斩波电流取样单元。二极管D10和电容C6的主要作用是用于滤波。

限压保护单元7用于MOS管G极电压钳位保护；包括：电阻R7、电阻R8和二极管D11，电阻R7的一端连接至U1的输出端OUT，电阻R7的另一端连接至Q1的栅极，二极管D11的阴极连接至U1的输出端OUT，二极管D11的阳极连接至Q1的源极，电阻R8与二极管D11并联连接。

开关单元8包括：MOS管Q1，MOS管Q1的栅极通过电阻R7连接至U1的输出端，MOS管Q1的漏极连接至D7的阳极，MOS管Q1的源极通过电阻R12接地。MOS管Q1为N-MOS管，通过MOS管反向导通，可以释放多余能量。

光耦单元9包括：光耦PC1，光耦PC1的第一端连接至U2的阴极，PC1的第二端连接至电阻R2和电阻R5的串联连接端。

第一滤波单元10包括：二极管D3、二极管D6和电容C2；二极管D6的阳极连接至ET1的第一次级绕组的一端，二极管D6的阴极作为输出端GP_PWR+5V，二极管D6的阴极还通过电容C2接地，二极管D3与二极管D6并联连接。

第二滤波单元11包括：二极管D8和电容C5，二极管D8的阳极连接至ET1的第二次级绕组的一端，二极管D8的阴极作为输出端CAN_PWR+5V，二极管D8的阴极还通过电容C5接地。

稳压源12包括：稳压管U2、电阻R2、电阻R5、电阻R6和电阻R9，稳压管U2的阴极通过依次串联连接的电阻R5和电阻R2连接至D6的阴极；电阻R6和电阻R9依次串联连接在D6的阴极与地之间，稳压管U2的阳极接地，稳压管U2的控制端连接在电阻R6和电阻R9的串联连接端。

在本实用新型中，电源输入端口D1，D2，D4，D5的肖特基二极组成全桥，当电源DCINPUT1为正极，DCINPUT2为负极时，电流流向为DCINPUT1–D2–D4–DCINPUT2；当电源DCINPUT1为负极，DCINPUT2为正极时，电流流向为DCINPUT2–D5–D1–DCINPUT1；保险管F1左端始终为正电压，输入电源正接或反接，电路板均可正常工作；当电路出现短路时，F1上的电流增大，保险丝熔断，实现过流保护；当电路输入过压时，NTC电阻迅速变小，TVS管D9对地显现短路，让高压经过保险管F1然后经过NTC及TVS管D9对地导通，保险管F1熔断，实现过压保护。

其中稳压芯片U1可以采用型号为UC3845的芯片，通过自动PWM调制达到稳压目的，实现宽电压输入：

(1)UC3845第6脚产生50KHZ的PWM波形，控制IRF540NMOS的通断，在高频变压器ET1上呈现断续的高频脉冲，通过变压器耦合，次级变压器端出现脉动电压；

(2)一路脉动电压经过二极管D3，D6及C2的滤波处理，输出直流电，稳压源TL431在GP_PWR_5V端口稳定输出+5V(V＝2.5*(1+R6/R9))；

(3)当输出电压有波动时，光耦PC1反馈电压差值给UC3845的COMP端口，实现负反馈；

(4)次级变压器端的另一组输出经D8和C5滤波处理后，转换为隔离的+5V电压输出；

(5)L1为共模电感，抑制外部输出端的共模电压；R1，C1，D7为变压器初级的放电回路，防止变压器磁饱和，保护NMOS不被变压器反电动势击穿；

(6)R7，R8，D11为IRF540的G极提供保护，限制G极电压；

在本实用新型中，输入电源端口无极性区分，且可以实现过压保护，过流保护及恒定的隔离直流输出，外界通信干扰不会影响系统电路的正常工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。