一种用于BMU供电的uA级空载损耗的开关电源电路的制作方法

一种用于bmu供电的ua级空载损耗的开关电源电路
技术领域
1.本发明涉及电化学储能技术领域，具体为一种用于bmu供电的ua级空载损耗的开关电源电路。


背景技术：

2.在电化学储能和电动汽车应用场景中，往往需要成百节电池串联供电，这些电池往往先组装成电池组，然后电池组在串联。每个电池组中都有一个bmu，用于电池的状态估计和保护。在常规技术中，bmu的供电往往采用外部集中供电的形式，这样的供电方式使得每个电池模组都需要供电连接，这些连接增加了系统的成本，降低了系统的可靠性。实际上我们可以从电池组取电来产生bmu所需要的供电，但这需要解决2个问题：1、在电池不进行充放电的时候，必须保持bmu的供电，但只能从电池吸取ua级的电流，以避免出现电池的荷电状态估计误差或长期的小电流放电造成电池过放电而损坏；2、在电池充放电的时候，需要保证bmu供电的效率，以免损耗太大造成元器件的热可靠性问题。
3.显然，采用开关电源对电池组电压进行降压处理才能解决问题2，但通用的开关电源芯片在空载的时候往往需要消耗数ma的电流，这不能解决问题1，要解决问题1需要寻找一种在空载工况下低损耗的开关电源。
4.为此，提出一种用于bmu供电的ua级空载损耗的开关电源电路。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于bmu供电的ua级空载损耗的开关电源电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于bmu供电的ua级空载损耗的开关电源电路，包括开关电源主电路；所述开关电源主电路包括开关管、续流二极管、滤波电感和滤波电容；所述开关电源主电路连接有由多个电池串联得到的为整体进行供电的电池组；所述电池组连接有为其提供启动电压的启动电路ub1和检测电压的低功耗控制电路ub4；所述低功耗控制电路ub4连接有固定小占空比方波发生器ub2；所述固定小占空比方波发生器ub2连接有降低驱动静态损耗的低功耗驱动电路ub3，所述低功耗驱动电路ub3的输出drv+和drv-分别连接开关管输入的正极和负极。
7.优选的：所述启动电路ub1包括电压源u01和电压跟随器u02；所述电压源u01包括电阻r38和二极管d31；所述电阻r38的一端接vdd，另一端接二极管d31并作为电压源u01的输出，二极管d31的另一端接电池组负极b-。
8.优选的：所述电压跟随器u02包括三极管q31、电阻r31、电阻r37和mos管q36；
所述三极管q31的e极接电压源u01的输出，三极管q31的c极接电阻r31的一端及mos管q36的g极，电阻r31的另一端接电池组正极b+，三极管q31的b极串电阻r37后接vdd，mos管q36的d极接b+，s极接vdd。
9.优选的：所述固定小占空比方波发生器ub2包括电阻r32、电阻r33、震荡电容c31、三极管q32和逻辑与非门u31；逻辑与非门u31输入端a接震荡电容c31一端，电容c31另一端接地，逻辑与非门u31输出连接电阻r33和三极管q32的b极，所述三极管q32的e极接电阻r32。
10.优选的：所述低功耗驱动电路ub3包括功率放大器u11、抗饱和电路u12和隔离变压器；所述功率放大器u11包括mos管q33和mos管q34；所述抗饱和电路u12为电阻r34；所述mos管q33和mos管q34与逻辑与非门u31的输出相连，所述mos管q33和mos管q34的d极与电阻r34的一端相连，所述电阻r34的另一端与隔离变压器tx31相连。
11.优选的：所述开关电源主电路包括开关管q35、续流二极管d32、滤波电感l31和滤波电容c32；所述滤波电感l31的和开关管q35与隔离变压器tx31相连，所述滤波电感l31的两端还分别连接有续流二极管d32和滤波电容c32。
12.优选的：所述低功耗控制电路ub4包括电阻r35、电阻r36、比较器u33；u33为带有参考电压输出的比较器，参考电压输出接到比较器u33的同相输入端，电阻r35和电阻r36串联并接在电容c32两端，构成电压采样电路，其中间连接点接到u33的反相输入端。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明开关电源采用简单逻辑器件作为开关电源的控制核心，从而实现开关电源控制电路的微功耗。根据bmu负载电流小的特点，本发明的控制方法是产生固定极小占空比震荡信号作为开关管的pwm信号，使得开关管必定工作在电流不连续状态，同时用输出电压控制震荡信号的产生，以此达到控制电压的目的。这样的设计使得电路简单、驱动损耗小、输出短路时自动限制输出电流、可靠性高。
附图说明
14.图1为本发明的电路框图；图2为本发明启动电路的框图；图3为本发明低功耗驱动电路的框图；图4为本发明的电路图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
16.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种用于bmu供电的ua级空载损耗的开
关电源电路，包括开关电源主电路；开关电源主电路包括开关管、续流二极管、滤波电感和滤波电容；开关电源主电路连接有由电池b01到b16串联得到的为整体进行供电的电池组；电池组连接有为其提供启动电压的启动电路ub1和检测电压的低功耗控制电路ub4；低功耗控制电路ub4连接有固定小占空比方波发生器ub2；固定小占空比方波发生器ub2连接有降低驱动静态损耗的低功耗驱动电路ub3，低功耗驱动电路ub3的输出drv+和drv-分别连接开关管输入的正极和负极，当开关管为mosfet时，为其g极和s极。
17.如图2和图4所示：启动电路ub1包括电压源u01和电压跟随器u02；电压源u01包括电阻r38和二极管d31；电阻r38的一端接vdd，另一端接二极管d31并作为电压源u01的输出，二极管d31的另一端接电池组负极b-。
18.如图2和图4所示：电压跟随器u02包括三极管q31、电阻r31、电阻r37和mos管q36；三极管q31的e极接电压源u01的输出，三极管q31的c极接电阻r31的一端及mos管q36的g极，电阻r31的另一端接电池组正极b+，三极管q31的b极串电阻r37后接vdd，mos管q36的d极接b+，s极接vdd；通过以上设置在上电时，启动电路ub1给vdd提供启动电压，启动完成后，vdd电压高于启动电压，启动电路ub1输出自然关闭，启动电路进入低功耗状态。
19.如图4所示：固定小占空比方波发生器ub2包括电阻r32、电阻r33、震荡电容c31、三极管q32和逻辑与非门u31；逻辑与非门u31输入端a接震荡电容c31一端，电容c31另一端接地，逻辑与非门u31输出连接电阻r33和三极管q32的b极，三极管q32的e极接电阻r32；通过以上设置，固定小占空比方波发生器ub2产生固定占空比的方波信号用于驱动开关电源的开关管，并且此方波信号的占空比很小，占空比为0.25%，以保证开关电源始终工作在电流不连续模式，这使得开关电源天然获得了输出限流的能力，不需要额外的限流电路，因此也降低了电路的静态功耗。
20.如图3和图4所示：低功耗驱动电路ub3包括功率放大器u11、抗饱和电路u12和隔离变压器；功率放大器u11包括mos管q33和mos管q34；抗饱和电路u12为电阻r34；mos管q33和mos管q34与逻辑与非门u31的输出相连，mos管q33和mos管q34的d极与电阻r34的一端相连，电阻r34的另一端与隔离变压器tx31相连；通过以上设置。采用变压器隔离的形式，以降低驱动的静态损耗。
21.如图4所示：开关电源主电路包括开关管q35、续流二极管d32、滤波电感l31和滤波电容c32；滤波电感l31的和开关管q35与隔离变压器tx31相连，滤波电感l31的两端还分别连接有续流二极管d32和滤波电容c32。
22.如图4所示：低功耗控制电路ub4包括电阻r35、电阻r36、比较器u33；u33为带有参考电压输出的比较器，参考电压输出接到比较器u33的同相输入端，
电阻r35和电阻r36串联并接在电容c32两端，构成电压采样电路，其中间连接点接到u33的反相输入端；通过以上设置，低功耗控制电路ub4检测vdd，其输出信号作为固定小占空比方波发生器ub2的使能信号。当低功耗控制电路ub4检测到vdd高于设定值，其输出信号禁止固定小占空比方波发生器ub2产生方波脉冲。当低功耗控制电路ub4检测到vdd低于设定值，其输出信号允许固定小占空比方波发生器ub2产生方波脉冲。这使得控制电路简单有效，降低了静态功耗。
23.工作原理：电阻r31、二极管d31、三极管q31、电阻r37、电阻r38、mos管q36构成启动电路ub1。
24.电阻r38、二极管d31构成电压源u01，电阻r38一端接vdd，另一端接二极管d31并作为电压源的输出，二极管d31的另一端接电池组负极b-（即电路地）。
25.电压跟随器u02由三极管q31、电阻r31、电阻r37、mos管q36实现，也可以由其它具有放大能力的器件，如三极管，替代。电压源输出接三极管q31的e极，三极管q31的c极接电阻r31的一端及mos管q36的g极，电阻r31的另一端接电池组正极b+。q31的b极串电阻r37后接vdd。mos管q36的d极接b+，mos管q36的s极接vdd，这也是启动电路输出。
26.电阻r32、电阻r33、震荡电容c31、三极管q32、逻辑与非门u31构成固定小占空比方波发生器ub2，也可以由其它方波发生器替代，例如，可以用比较器和阻容元件构成。u31为逻辑与非门，其输入端a接震荡电容c31一端，震荡电容c31另一端接地。上电时，u31输出高电平并通过电阻r33对震荡电容c31充电，当震荡电容c31电压高于u31的高电平门限，u31输出低电平并通过电阻r33、电阻r32及三极管q32使震荡电容c31加速放电。u31输出也是固定小占空比方波发生器的输出，作为后续驱动电路的输入信号。
27.mos管q33、mos管q34、电阻r34、隔离变压器tx31构成低功耗驱动电路，其中，mos管q33、mos管q34构成功率放大器。电阻r34为抗饱和电路，抗饱和电路也可由电容实现。
28.q35、d32、l31、c32构成常规buck开关电源主电路。q35为开关管，此处为mosfet，也可以用其它开关器件替代。d32为续流二极管。l31、c32分别为输出滤波电感及输出滤波电容。
29.电阻r35、电阻r36、u33构成低功耗控制电路，其中，u33为带有参考电压输出的比较器。参考电压输出接到u33的同相输入端。电阻r35、电阻r36串联并接在电容c32两端，构成电压采样电路，其中间连接点接到u33的反相输入端。电阻r35、电阻r36及u33的参考电压输出共同决定了开关电源输出电压的参考值vref。u33的输出端接u31的另一输入端b，当vdd电压高于vref，u33输出低电平，方波发生器输出恒定高电平，q35关断；当vdd电压低于vref，u33输出高电平，方波发生器输出方波信号，q35工作在持续开关状态。
30.极低的空载损耗，对于16节串联的磷酸铁锂电池组，当供电电压为5v且空载时，本发明开关电源从电池组吸取的电流小于1ua。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。