一种电压均衡电路的制作方法_3

文档序号:9812760阅读:来源:国知局
二静态端子101_i3连接。在具体实施过程中,根据第i个单刀双掷开关101」的内部结构的不同,所述控制信号具体为:一双极性方波信号或一对互补的单极性矩形波信号。下面结合图3A和图3B两种情况进行具体说明:
[0053]I)首先,请参考图3A,当第一 M0SFET101_ia和第二 M0SFET101_ib均为N沟道时,开关控制器104产生一对互补的单极性矩形波信号(104a,104b);此时,控制线105包括两根控制子线(105a,105b)。其中,开关控制器104通过控制子线105a与第一 M0SFET101_ia的栅极相连,将矩形波信号104a传送给第一 M0SFET101_ia ;开关控制器104通过控制子线105b与第二 M0SFET101_ib的栅极相连,将矩形波信号104b传送给第二 M0SFET101_ib。另夕卜,第一、第二 MOSFET均为P沟道的情况类似,这里不再一一赘述。
[0054]2)然后,请参考图3B,当第一 MOSFETlOlja为N沟道且第二 MOSFETlOljb为P沟道时,开关控制器104产生一双极性方波信号104c ;进一步,开关控制器104通过控制子线105与第一 MOSFETlOlja的栅极以及第二 MOSFETlOljb的栅极相连,将方波信号104c传送给第一 M0SFET101_ia和第二 M0SFET101_ib。另外,第一、第二 MOSFET分别为P沟道、N沟道的情况类似,这里不再一一赘述。
[0055]在本实施例中,N个单刀双掷开关101的内部结构不限于如图3A和图3B所示的两种【具体实施方式】。单刀双掷开关的任何其它实施方式均可应用于本申请电压均衡电路100上。值得注意的是,用于分别控制N个单刀双掷开关101的成员开关(101_1,…,101_N)掷高(即选择端子与第一静态端子连通)或掷低(即选择端子与第二静态端子连通)的时钟相位必须在时间上分开,并且在开关掷高、掷低时钟相位两者之间必须设置一个合理的安全界限来防止电路短路。
[0056]基于本实施例上述电压均衡电路,下面具体介绍其实现原理:
[0057]首先,请参考图4A,当N个单刀双掷开关101的所有开关成员(101_1,…,101_N)被开关控制器104控制掷高(即任一开关成员,如第i个单刀双掷开关101」的选择端子101_il与第一静态端子101_i2连通,i在I到N之间取值)时,与N个单刀双掷开关101一一对应的N个电容102通过开关被耦合到对应的蓄电设备的阳极,具体的,电容102_1被耦合到蓄电设备B1的阳极,电容102_2被耦合到蓄电设备B2的阳极,...,电容102_N被耦合到蓄电设备Bn的阳极;进而N个电容102中任意两个电容被充电或放电到所述两个电容的第一端子所连接的两个开关的第一静态端子之间的蓄电设备上,具体的,电容102_1和102_2被充电或放电到蓄电设备B2,电容102_1和102_3被充电或放电到蓄电设备组B2-B3,电容102_1和102_N被充电或放电到蓄电设备组B2-B3——Bn,电容102_2和102_3被充电或放电到蓄电设备B3,电容102_2和102_N被充电或放电到蓄电设备组B3——Bn,电容102_3和102_N被充电或放电到蓄电设备组B4-----Bno
[0058]然后,请参考图4B,N个单刀双掷开关101的所有开关成员(101_1,…,101_N)被开关控制器104控制掷低(即任一开关成员,如第i个单刀双掷开关101」的选择端子101_il与第二静态端子101_i3连通,i在I到N之间取值),与N个单刀双掷开关101 —一对应的N个电容102通过开关被耦合到对应的蓄电设备的阴极,具体的,电容102_1被耦合到蓄电设备B1的阴极,电容102_2被耦合到蓄电设备B2的阴极,...,电容102_N被耦合到蓄电设备Bn的阴极;进而N个电容102中任意两个电容被充电或放电到所述两个电容的第一端子所连接的两个开关的第二静态端子之间的蓄电设备上,具体的,电容102_1和102_2被充电或放电到蓄电设备B1,电容102_1和102_3被充电或放电到蓄电设备组B1-B2,电容102_1和102_N被充电或放电到蓄电设备组B1-B2——Bn 1;电容102_3和102_N被充电或放电到蓄电设备组B3-B4-----Bn J0
[0059]上述图4A所示的N个单刀双掷开关101的所有开关成员掷高和图4B所示的N个单刀双掷开关101的所有开关成员掷低分别为本申请电压均衡电路的两种工作状态。在具体实施过程中,开关控制器104发送控制信号到N个单刀双掷开关101,用于控制N个单刀双掷开关101的所有开关成员(101_1,…,101_N)进行交替掷高或掷低的频率为固定频率或可变频率,即所述控制信号用于控制N个单刀双掷开关101中的任一开关(如第i个单刀双掷开关101_i)以固定频率或可变频率进行开关切换,以实现电压均衡电路所述两种工作状态的交替切换。
[0060]在所述两种工作状态交替切换的过程中,具有高电压的蓄电设备放电到具有低电压的蓄电设备上。例如,当蓄电设备B3的电压高于蓄电设备B1的电压时,在如图4A所示的工作状态下,电荷将从蓄电设备组B2-B3流向电容102_1和102_3 ;进一步,均衡电路切换到如图4B所示的工作状态下,等量的电荷从电容102_1和102_3释放到蓄电设备组B1-B2上。在电荷转移的整个过程中,流入、流出蓄电设备B2的电荷量是相同的,也就是说,电荷实际上是从蓄电设备B3直接转移到蓄电设备B1 ;同样的,当蓄电设备B1的电压高于蓄电设备4的电压时,在图4A和图4B所示的两种工作状态交替进行时,电荷会通过电容102_1和102_3从蓄电设备B1转移到蓄电设备B3。这实际意味着两个电容102_1和102_3在蓄电设备B1和蓄电设备B3之间提供了一条可用于直接转移电荷的路径。同理,电容102_1和102_2在蓄电设备B1和B2之间提供了一条直接电荷转移路径,电容102_2和102_3在蓄电设备B2和B3之间提供了一条直接电荷转移路径,电容102_1和102_N在蓄电设备B1和Bn之间提供了一条直接电荷转移路径,电容102_2和102_N在蓄电设备&和Bn之间提供了一条直接电荷转移路径,电容102_3和102_N在蓄电设备&和Bn之间提供了一条直接电荷转移路径,…;依此类推,在本申请电压均衡电路100中,在任何两个蓄电设备B,和Bk之间,存在一条由两个电容102_j和102_k提供的直接电荷转移路径;其中,j和k均为大于等于I小于等于N的整数,且j不等于k。
[0061]根据上面的描述,可以发现本申请电压均衡电路100的基本电压均衡原则是:在为串联的N个蓄电设备进行电压均衡时,从具有较高电压的蓄电设备单元向具有较低电压的蓄电设备单元转移电荷。也就是说,所述N个蓄电设备中具有较低初始电压的蓄电设备单元被充电,电荷流入具有较低初始电压的蓄电设备单元,且其电压在电荷转移过程中逐渐升高;相对的,所述N个蓄电设备中具有较高初始电压的蓄电设备单元放电,电荷从具有较高初始电压的蓄电设备单元流出,其电压在电荷转移过程中逐渐降低。进一步,随着如图4A和图4B所示的两种工作状态的交替操作,所述多个蓄电设备的电压朝着一共同的平均电压变化。
[0062]在本发明实施例中,开关控制器104基于所述控制信号控制N个单刀双掷开关交替切换,以使N个电容102在充电和放电之间来回切换。在切换的过程中,N个电容102中的电容成员首先被电压较高的蓄电设备充电,然后放电到电压较低的蓄电设备中。通过这种充放电过程,充电电流从N个蓄电设备中的高电压蓄电设备流出,并进入低电压蓄电设备;进一步,如果切换过程是在高的开关频率下进行,会使得大量的电荷进行重新分配,且N个蓄电设备的电压会达到均衡。在其它实施例中,均衡开关(即N个单刀双掷开关101)和开关控制器104可以通过各种其它方式来实现本申请电压均衡电路的各种工作状态,如在N个单刀双掷开关101和开关控制器104之间设置驱动电路,该驱动电路通过光学或磁耦合的方式来实现电压均衡电路的各种工作状态等,这里不做具体限定。
[0063]在具体实施过程中,在N个电容102中,电容值越大的电容单元,转移的电荷越多,图4A和图4B所示的两种工作状态交替切换越快,在单位时间内转移的电荷
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