YLSQ20230185-HT236239-一種雙通道MOS管的冗余驅動電路-發(fā)明人一撰

HT236239說明書電池驅動電路和電池管理系統(tǒng)技術領域本申請涉及電池技術領域，尤其涉及一種電池驅動電路和電池管理系統(tǒng)。背景技術隨著電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，簡稱BMS）技術不斷地發(fā)展，電池管理系統(tǒng)的軟件和硬件的可靠性、安全性日益凸顯。電池管理系統(tǒng)是一種新能源電池關鍵性技術，用于監(jiān)測、控制和保護電池組，以確保其高效、安全地運行。而一些電池在充放電、過壓、過流和過載等不同工況下，電池管理系統(tǒng)中電池驅動電路中的MOS功率管容易損壞，從而造成整個電池管理系統(tǒng)失效，甚至存在起火的風險。但現(xiàn)有的電池管理系統(tǒng)無法在MOS功率管失效時有效避免MOS功率管單點失效的負面影響。發(fā)明內容本申請?zhí)峁┝艘环N電池驅動電路和電池管理系統(tǒng)，以解決如何在電池管理系統(tǒng)中的MOS功率管單點失效時有效的避免MOS單點失效的負面影響。第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N電池驅動電路，所述電池驅動電路包括主控芯片、雙通道驅動電路、第一驅動支路和第二驅動支路；所述主控芯片通過兩路驅動線路與所述雙通道驅動電路的輸入側相連，所述雙通道驅動電路的輸出側通過兩路傳輸線路分別與所述第一驅動支路、所述第二驅動支路的第一端相連，所述第一驅動支路的第二端和所述第二驅動支路的第二端均與負載電路相連，所述第一驅動支路的第三端和所述第二驅動支路的第三端均接地；兩路所述驅動線路之間相互隔離，兩路所述傳輸線路之間相互隔離，所述驅動線路和所述傳輸線路之間相互隔離，所述第一驅動支路包括第一功率管，所述第二驅動支路包括第二功率管。第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)包括上述電池驅動電路。本申請實施例提供的上述技術方案與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：本申請實施例提供的該電池驅動電路，主控芯片通過兩路驅動線路與所述雙通道驅動電路的輸入側相連，所述雙通道驅動電路的輸出側通過兩路傳輸線路分別與所述第一驅動支路、所述第二驅動支路的第一端相連，所述第一驅動支路的第二端和所述第二驅動支路的第二端均與負載電路相連，所述第一驅動支路的第三端和所述第二驅動支路的第三端均接地；兩路所述驅動線路之間相互隔離，兩路所述傳輸線路之間相互隔離，所述驅動線路和所述傳輸線路之間相互隔離，所述第一驅動支路包括第一功率管，所述第二驅動支路包括第二功率管。無論第一功率管和/或第二功率管出現(xiàn)失效時，由于雙通道驅動電路輸入側的驅動線路與輸出側的傳輸線路相互隔離，且兩路不同的驅動線路也相互隔離，兩路不同的傳輸線路也相互隔離，功率管失效時不會將失效傳導到相互隔離的線路上，以此可以避免由于功率管單點失效造成整個電池管理系統(tǒng)失效。附圖說明此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。一個或多個實施例通過與之對應的附圖中的圖片進行示例性說明，這些示例性說明并不構成對實施例的限定，附圖中具有相同參考數(shù)字標號的元件表示為類似的元件，除非有特別申明，附圖中的圖不構成比例限制。圖1為本申請實施例提供的一種電池驅動電路的原理示意圖；圖2為本申請實施例提供的一種電池驅動電路的原理示意圖。具體實施方式為使本申請實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本申請的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結構。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。圖1為一個實施例中電池驅動電路的連接關系示意圖。參照圖1，該電池驅動電路包括主控芯片110、雙通道驅動電路120、第一驅動支路130和第二驅動支路140；所述主控芯片110通過兩路驅動線路與所述雙通道驅動電路120的輸入側相連，所述雙通道驅動電路120的輸出側通過兩路傳輸線路分別與所述第一驅動支路130、所述第二驅動支路140的第一端相連，所述第一驅動支路130的第二端和所述第二驅動支路140的第二端均與負載電路150相連，所述第一驅動支路130的第三端和所述第二驅動支路140的第三端均接地；兩路所述驅動線路之間相互隔離，兩路所述傳輸線路之間相互隔離，所述驅動線路和所述傳輸線路之間相互隔離，所述第一驅動支路130包括第一功率管，所述第二驅動支路140包括第二功率管。具體的，主控芯片110采用MCU芯片來實現(xiàn)，主控芯片110用于輸出驅動信號以控制第一驅動支路130和/或第二驅動支路140的通斷狀態(tài)，以此來實現(xiàn)對負載電路150的充電狀態(tài)，負載電路150用于根據主控芯片110通過第一驅動支路130和第二驅動支路140發(fā)出的驅動信號進行充電，即主控芯片110通過向第一驅動支路130和/或第二驅動支路140輸出驅動信號來對負載電路150進行充電，主控支路可以同時驅動第一驅動支路130和第二驅動支路140，也可以單獨驅動第一驅動支路130或第二驅動支路140。通過雙通道驅動電路120來隔離主控芯片110與第一驅動支路130、第二驅動支路140，即雙通道驅動電路120用于隔離輸入側的驅動線路與輸出側的傳輸線路，并且還令兩路不同的驅動線路相互隔離，令兩路不同的傳輸線路相互隔離，無論是第一驅動支路130中的第一功率管發(fā)生失效，或者是第二驅動支路140中的第二功率管發(fā)生失效，都不會將失效傳遞至其他傳輸線路以及驅動線路，從而避免在功率管單點失效時導致整個電池管理系統(tǒng)失效。在一個實施例中，所述雙通道驅動電路120包括雙通道驅動器U16、第一電阻R33、第二電阻R38、第三電阻R39、第四電阻R40、第一電容C42和第二電容C43；所述第一電阻R33接于所述主控芯片110與所述雙通道驅動器U16的第一輸入引腳之間的第一驅動線路上，所述第二電阻R38接于所述主控芯片110與所述雙通道驅動器U16的第二輸入引腳之間的第二驅動線路上，兩路所述驅動線路包括所述第一驅動線路和所述第二驅動線路，所述雙通道驅動器U16的第一使能引腳依次經過所述第三電阻R39、所述第一電容C42接地，所述雙通道驅動器U16的第二使能引腳依次經過所述第四電阻R40、所述第二電容C43接地，所述第三電阻R39和所述第一電容C42之間的連接點，與所述第四電阻R40和所述第二電容C43之間的連接點共接外部電源。具體的，第一電阻R33接在第一驅動線路上用于對第一驅動線路上的驅動信號進行限流處理，避免電流較大的驅動信號對雙通道驅動器U16的第一輸入引腳造成電流沖擊，同理，第二電阻R38接在第二驅動線路上用于對第二驅動線路上的驅動信號進行限流處理，避免電流較大的驅動信號對雙通道驅動器U16的第二輸入引腳造成電流沖擊。第三電阻R39和第一電容C42的阻容結構用于起到濾波作用，同理第四第三組和第二電容C43的阻容結構用于起到濾波作用。雙通道驅動器U16具體采用型號為UCC27524DR的驅動芯片，該驅動芯片的全稱為雙通道4A超高速功率開關驅動器，峰值電流可達5A，工作電壓范圍4.5V-20V，在對功率管的柵極進行充電和放電時，它匹配有相應的響應速度，UCC27524DR在額定功率和電壓范圍內任何條件下具有高度的鎖存抵抗能力，同時UCC27524具有隔離驅動的特性，輸入側和輸出側是隔離的，兩個驅動線路之間也是隔離的。雙通道驅動器U16內部的各個功能模塊之間也相互隔離，在雙通道驅動器U16內的第一輸入模塊、第二輸入模塊、第一驅動模塊和第二驅動模塊中的任意一個模塊發(fā)生故障（短路或者開路），故障不會擊穿絕緣基，即故障不會傳導到其他正常模塊，其中第一輸入模塊用于與第一驅動線路相連，第二輸入模塊用于與第二驅動線路相連，第一驅動模塊用于與第一驅動支路130相連，第二驅動模塊用于與第二驅動支路140相連。在一個實施例中，所述第一驅動支路130還包括第一下橋臂電路和第一上橋臂電路，所述第一上橋臂電路的第一端通過第一傳輸線路與所述雙通道驅動器U16的第一輸出端相連，兩路所述傳輸線路包括所述第一傳輸線路和第二傳輸線路，所述第一上橋臂電路的第二端分別與所述第一功率管的柵極、所述第一下橋臂電路相連，所述第一下橋臂電路接于所述第一功率管的柵極和源極之間，所述第一功率管的漏極與所述負載電路150相連；在所述第一功率管出現(xiàn)短路失效時，通過所述雙通道驅動器U16防止所述第一功率管對所述第一驅動線路、所述第二驅動線路和所述第二傳輸線路造成短路影響；在所述第一功率管出現(xiàn)開路失效時，所述第一功率管呈開路狀態(tài)，用于保護關斷所述電池驅動電路。具體的，在第一驅動支路130中的第一功率管出現(xiàn)短路失效時，短路失效具體包括漏源端短路（DS）、柵漏端短路（GD）、柵源端短路（GS）、柵漏源短路（GDS），負載電路150會向第一功率管釋放高電壓，即電池電壓，但由于第一功率管內的自舉二極管處于截止狀態(tài)，并且雙通道驅動器U16所連通的各個線路相互隔離以及雙通道驅動器U16內部各個功能模塊之間相互隔離，因此該電池電壓無法傳導至雙通道驅動器U16的輸入側，因此該電池電壓對電池驅動電路中的其他部分無影響，也不會影響第二驅動支路140的正常通斷狀態(tài)。在第一驅動支路130中的第一功率管出現(xiàn)開路失效時，開路失效具體包括漏源端開路（DS）、柵漏端開路（GD）、柵源端開路（GS）、柵漏源開路（GDS），第一功率管安全斷開雙通道驅動器U16與負載電路150之間的連接關系，此時電池驅動電路功能性失效，即停止工作，因此負載電路150釋放的高壓不會損壞雙通道驅動器U16以及主控芯片110，能夠確保主控芯片110的功能正常。在第一功率管的漏源端短路（DS）時，由于第一功率管中的自舉二極管呈截止狀態(tài)，負載電路150輸出的高壓不會傳導到雙通道驅動器U16，不會影響到第二驅動支路140的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第一功率管的柵漏端短路（GD）時，負載電路150輸出的高壓會通過柵漏端傳導至雙通道驅動器U16中與第一下橋臂電路相連的第一驅動模塊，因此會損壞雙通道驅動器U16中與第一下橋臂電路相連的第一驅動模塊，但雙通道驅動器U16中的其他模塊正常工作不受影響，也不會影響到第二驅動支路140的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第一功率管的柵源端短路（GS）時，如果短路失效發(fā)生在第一下橋臂電路，負載電路150輸出的高壓不會傳導到雙通道驅動器U16，因此雙通道驅動器U16不會被損壞，也不會影響到第二驅動支路140的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。如果短路失效發(fā)生在第一上橋臂電路，高壓會損壞雙通道驅動器U16中與第一驅動支路130相連的第一驅動模塊，但不會影響雙通道驅動器U16中其他功能模塊的正常工作，并且由于第一功率管中的自舉二極管也可以攔截高壓穿透，避免對其他器件造成影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第一功率管的柵漏源短路（GDS）時，負載電路150輸出的高壓會傳導到雙通道驅動器U16中與所述第一下橋臂電路相連的第一驅動模塊，因此會損壞雙通道驅動器U16中的第一驅動模塊，但不會影響雙通道驅動器U16中其他功能模塊，也不會影響到第二驅動支路140的通斷狀態(tài)，并確保主控芯片110功能正常不受影響，并且由于第一功率管中的自舉二極管也可以攔截高壓穿透，避免對其他器件造成影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在一個實施例中，所述第一下橋臂電路包括第五電阻R34、第六電阻R36和第一二極管D3，所述第五電阻R34的第一端分別與所述第六電阻R36的第一端、所述雙通道驅動器U16的第一輸出端相連，所述第五電阻R34的第二端與所述第一二極管D3的負極相連，所述第一二極管D3的正極分別與所述第六電阻R36的第二端、所述第一功率管的柵極、所述第一上橋臂電路相連。具體的，在第一功率管的柵源端短路（GS）時，如果短路失效發(fā)生在第一下橋臂電路，負載電路150輸出的高壓通過第一功率管的柵源端傳遞至第一二極管D3、第五電阻R34、第六電阻R36流回第一功率管，不會傳導到雙通道驅動器U16，因此雙通道驅動器U16不會被損壞，也不會影響到第二驅動支路140的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在一個實施例中，所述第一上橋臂電路包括第七電阻R45，所述第七電阻R45的第一端分別與所述第六電阻R36的第二端、所述第一功率管的柵極、所述第一二極管D3的正極相連，所述第七電阻R45的第二端與所述第一功率管的源極共接地。具體的，在第一功率管的柵源端短路（GS）時，如果失效發(fā)生在第一上橋臂電路，則第一功率管的柵極和源極之間會形成接地短路，會對雙通道驅動器U16中與第一驅動支路130相連的第一驅動模塊造成損壞，但不會影響雙通道驅動器U16中其他功能模塊的正常工作，并且由于第一功率管中的自舉二極管也可以攔截高壓穿透，避免對其他器件造成影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在一個實施例中，所述第二驅動支路140還包括數(shù)字隔離器U21、第二上橋臂電路和第二下橋臂電路，所述數(shù)字隔離器U21的輸入端經隔離電阻與所述雙通道驅動器U16的第二輸出端相連，所述數(shù)字隔離器U21的輸出端與所述第二下橋臂電路相連，所述第二下橋臂電路還分別與所述第二上橋臂電路、所述第二功率管的柵極相連，所述第二上橋臂電路接于所述第二功率管的柵極和源極之間，所述第二功率管的漏極和源極之間并聯(lián)有第二二極管D5和第三二極管D6，所述第二功率管的漏極與所述負載電路150相連；在所述第二功率管出現(xiàn)短路失效時，通過所述數(shù)字隔離器U21和所述雙通道驅動器U16防止所述第二功率管對所述第一驅動線路、所述第二驅動線路和所述第一傳輸線路造成短路影響；在所述第二功率管出現(xiàn)開路失效時，所述第二功率管呈開路狀態(tài)，用于保護關斷所述電池驅動電路。具體的，在第二驅動支路140中的第二功率管出現(xiàn)短路失效時，短路失效具體包括漏源端短路（DS）、柵漏端短路（GD）、柵源端短路（GS）、柵漏源短路（GDS），負載電路150會向第二功率管釋放高電壓，即電池電壓，但由于第二功率管內的自舉二極管處于截止狀態(tài)，并且雙通道驅動器U16所連通的各個線路相互隔離以及雙通道驅動器U16內部各個功能模塊之間相互隔離，因此該電池電壓無法傳導至雙通道驅動器U16的輸入側，因此該電池電壓對電池驅動電路中的其他部分無影響，也不會影響第一驅動支路130的正常通斷狀態(tài)，此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第二驅動支路140中的第二功率管出現(xiàn)開路失效時，開路失效具體包括漏源端開路（DS）、柵漏端開路（GD）、柵源端開路（GS）、柵漏源開路（GDS），第二功率管安全斷開雙通道驅動器U16與負載電路150之間的連接關系，此時電池驅動電路功能性失效，即停止工作，因此負載電路150釋放的高壓不會損壞雙通道驅動器U16以及主控芯片110，能夠確保主控芯片110的功能正常。在第二功率管的漏源端短路（DS）時，由于第二功率管中的自舉二極管呈截止狀態(tài)，負載電路150輸出的高壓不會傳導到雙通道驅動器U16，不會影響到第一驅動支路130的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第二功率管的柵漏端短路（GD）時，負載電路150輸出的高壓會依次通過第二功率管的柵漏端、第二下橋臂電路、數(shù)字隔離器U21傳導至雙通道驅動器U16中的第二驅動模塊，因此會損壞雙通道驅動器U16中的第二驅動模塊，但雙通道驅動器U16中的其他模塊正常工作不受影響，也不會影響到第一驅動支路130的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第二功率管的柵源端短路（GS）時，如果短路失效發(fā)生在第二下橋臂電路，負載電路150輸出的高壓不會傳導到雙通道驅動器U16，因此雙通道驅動器U16不會被損壞，也不會影響到第一驅動支路130的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，此時電池驅動電路的驅動功能正常。如果短路失效發(fā)生在第二上橋臂電路，高壓會損壞雙通道驅動器U16中的第二驅動模塊，但不會影響雙通道驅動器U16中其他功能模塊的正常工作，并且由于第二功率管中的自舉二極管也可以攔截高壓穿透，避免對其他器件造成影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在第二功率管的柵漏源短路（GDS）時，負載電路150輸出的高壓會傳導到雙通道驅動器U16中與所述第二驅動支路140相連的第二驅動模塊，因此會損壞雙通道驅動器U16中的第二驅動模塊，但不會影響雙通道驅動器U16中其他功能模塊，也不會影響到第一驅動支路130的通斷狀態(tài)，并確保主控芯片110功能正常不受影響，并且由于第二功率管中的自舉二極管也可以攔截高壓穿透，避免對其他器件造成影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在一個實施例中，所述第二上橋臂電路包括第八電阻R35、第九電阻R37和第四二極管D4，所述第八電阻R35的第一端分別與所述第九電阻R37的第一端、所述數(shù)字隔離器U21的輸出端相連，所述第八電阻R35的第二端與所述第四二極管D4的負極相連，所述第四二極管D4的正極分別與所述第九電阻R37的第二端、所述第二功率管的柵極、所述第二下橋臂電路相連。具體的，在第二功率管的柵源端短路（GS）時，如果短路失效發(fā)生在第二下橋臂電路，負載電路150輸出的高壓通過第二功率管的柵源端傳遞至第四二極管D4、第八電阻R35、第九電阻R37流回第二功率管，不會傳導到雙通道驅動器U16，因此雙通道驅動器U16不會被損壞，也不會影響到第一驅動支路130的通斷狀態(tài)，確保主控芯片110功能正常不受影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在一個實施例中，所述第二下橋臂電路包括第十電阻R41，所述第十電阻R41的第一端分別與所述第九電阻R37的第二端、所述第二功率管的柵極、所述第四二極管D4的正極相連，所述第十電阻R41的第二端與所述第二功率管的源極共接地。具體的，在第二功率管的柵源端短路（GS）時，如果失效發(fā)生在第二上橋臂電路，則第二功率管的柵極和源極之間會形成接地短路，高壓會穿透數(shù)字隔離器U21對雙通道驅動器U16中與第二驅動支路140相連的第二驅動模塊造成損壞，但不會影響雙通道驅動器U16中其他功能模塊的正常工作，并且由于第二功率管中的自舉二極管也可以攔截高壓穿透，避免高壓傳導擴散對其他器件造成影響，因此此時電池驅動電路的驅動功能正常。在一個實施例中，所述負載電路150包括負載電池、第一濾波電路、高頻變壓器和第二濾波電路，所述負載電池經過所述第一濾波電路與所述高頻變壓器的原邊相連，所述高頻變壓器的原邊還與所述第一驅動支路130相連，所述高頻變壓器的副邊經過所述第二濾波電路與外部連接電路相連，所述高頻變壓器的副邊還與所述第二驅動支路140相連；所述負載電池用于在放電狀態(tài)下向所述第一驅動支路130和所述第二驅動支路140提供電池電壓，在所述第一功率管和/或所述第二功率管失效時，所述雙通道驅動電路120用于防止所述電池電壓傳導至所述主控芯片110。具體的，第一濾波電路是指圖2中的電容C27、電容C28、電容C29、電容C30、電容C26、電容C31、電阻R26、電阻R27所組成的阻容結構，第二濾波電路是指圖2中電容C32、電阻R28、電阻R29、電容C37、電容C38、電容C39、電容C33、電容C34所組成的阻容結構。圖2中的POWER_BAL用于指示負載電池，V-OUT和V-GND用于與外部連接電路相連。負載電池通過高頻變壓器向連接電路提供變頻電壓，以實現(xiàn)放電功能，而負載電池通過接收第一驅動支路130和/或第二驅動支路140的驅動信號來實現(xiàn)充電功能。第二驅動支路140中的數(shù)字隔離器U21也用于實現(xiàn)隔離高頻變壓器原邊與副邊之間的信號干擾。在一個實施例中，提供了一種電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)包括上述任意一個實施例中的電池驅動電路，基于上述的電池驅動電路，在單個MOS功率管的DS、GD、GS、GDS短路等失效條件下，可以保證電池管理系統(tǒng)功能正常，并且可以通過雙通道驅動器U16硬件阻斷故障點的擴大，亦或者是通過主控芯片110在檢測到雙通道驅動器U16的高壓承受情況下發(fā)相應的關斷驅動信號，以控制短路失效的功率管關斷來實現(xiàn)軟件阻斷故障點的擴大。但是在單個MOS功率管的GS和DS開路失效條件下，功率管斷開雙通道驅動器U16和負載電路150之間的連接關系，此時電池管理系統(tǒng)可靠關斷，也可以阻斷故障