一種應用于BMS上的防呆隔離電源電路的制作方法

本實用新型屬于電池管理技術領域，更具體地，涉及一種應用于BMS上的防呆隔離電源電路。

背景技術：

隨著新能源汽車產業的飛速發展，對應的電池管理系統(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)的電路設計越來越復雜，功能也越來越豐富，對電源的穩定性要求也越來越高。雙層或多層板因外部輸入電源電壓變動或人為接線操作失誤，均有可能燒壞電路板。若板材經受不住短路或過流過壓的沖擊，板上走線很有可能會燒斷，最終只能報廢或飛線維修處理。因此具備防呆輸入，短路，過流，過壓保護，提供穩定電壓輸出的電源電路變得尤為重要。

如今的BMS電路控制板主要有如下問題：BMS電氣接線時均需要注意電源的正負極；對實際使用者的專業能力有較高要求；誤接線可能導致系統異常；受外界輸入電壓波動影響大；無過壓保護；外界電源與內部電源系統無隔離。

BMS上的通信CAN總線采用平衡的兩線差分接口，典型工作電壓為3.3V，在與不同汽車廠家及充電設備CAN互聯時，各個節點之間存在很高的共模電壓。雖然CAN總線具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓高于接收器的極限電壓，接收器就再也無法正常工作，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。因此BMS要與外部設備連接，輸出電源隔離必不可少。

現有電源輸入保護是借助二極管單向導通性及MOS管低導通壓的組合方式來防止輸入電源接反而損壞后續應用電路，有如下不足之處：(1)輸入電源誤接反后，電路板不工作，讓操作人員誤判電路板故障；(2)外部輸入電源的波動直接導致整個電路系統不穩定，出現復位，死機現象；(3)BUCK電源轉換無法做到DC隔離。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種應用于BMS上的防呆隔離電源電路，其目的在于實現BMS電路板的電源輸入端防呆，多路輸出電源隔離。

本實用新型提供了一種應用于BMS上的防呆隔離電源電路，包括：全橋單元、過流過壓保護單元、共模抑制單元、放電回路、高頻變壓器、穩壓單元、限壓保護單元、開關單元、光耦單元、第一濾波單元、第二濾波單元和穩壓源；所述全橋單元具有兩個輸入端，所述過流過壓保護單元的輸入端連接至所述全橋單元的輸出端，所述共模抑制單元的輸入端連接至所述過流過壓保護單元的輸出端，所述高頻變壓器的第一輸入端連接至所述共模抑制單元的輸出端和所述放電回路的輸出端，所述第一濾波單元的輸入端連接至所述高頻變壓器的第一輸出端，所述穩壓源的輸入端連接至所述第一濾波單元的輸出端，所述光耦單元的輸入端連接至所述穩壓源的輸出端，所述穩壓單元的第一輸入端連接至所述光耦單元的輸出端，所述穩壓單元的第二輸入端連接至所述高頻變壓器的第三輸出端，所述限壓保護單元的輸入端連接至所述穩壓單元的輸出端，所述開關單元的輸入端連接至所述限壓保護單元的輸出端，所述放電回路的輸入端連接至所述開關單元的輸出端，所述高頻變壓器的第二輸入端連接至所述開關單元的輸出端，所述第二濾波單元的輸入端連接至所述高頻變壓器的第二輸出端。

在本實用新型中，BMS電源輸入端不再區分DC正負極、有較強的容錯性。過壓及過流都不會影響后續電路；CAN通信電源部分采用高頻變壓器實現電氣全隔離，抑制外界干擾。整套BMS電路板的穩定性更強。

更進一步地，所述全橋單元包括：二極管D1、二極管D2、二極管D4和二極管D5；所述二極管D1的陽極和所述二極管D4的陽極接地，所述二極管D1的陰極和所述二極管D2的陰極連接后作為所述全橋單元的第一輸入端DC_INPUT1；所述二極管D4的陰極和所述二極管D5的陰極連接后作為全橋單元的第二輸入端DC_INPUT2；所述二極管D2的陰極和所述二極管D5的陰極連接后作為全橋單元的輸出端。

更進一步地，所述過流過壓保護單元包括：保險絲F1、熱敏電阻NTC和二極管D9；所述保險絲F1的一端作為所述過流過壓保護單元的輸入端，所述保險絲F1的另一端作為所述過流過壓保護單元的輸出端；所述熱敏電阻NTC連接在所述保險絲F1的另一端與地之間；所述二極管D9的陰極連接至所述保險絲F1的另一端，所述二極管D9的陽極接地。

更進一步地，所述共模抑制單元包括：共模電感L1、電容C3和電容C4；所述共模電感L1包括第一繞組和第二繞組，第一繞組的同名端作為共模抑制單元的輸入端，第一繞組的異名端作為共模抑制單元的輸出端，第二繞組的同名端和異名端均接地，所述電容C4連接在第一繞組的同名端和第二繞組的同名端之間；所述電容C3與所述電容C4并聯。

更進一步地，所述穩壓單元包括：穩壓芯片U1及其外圍電路；所述穩壓芯片U1的COMP端通過電阻R11連接至光耦PC1的第三端，穩壓芯片U1的Vref端通過依次串聯連接的電阻R4和電阻R13連接至PC1的第三端，電阻R4和電阻R13的串聯連接端連接至穩壓芯片U1的RT/CT端，穩壓芯片U1的RT/CT端還通過電容C7接地；穩壓芯片U1的VFB接地，穩壓芯片U1的Isense端通過電容C8接地，穩壓芯片U1的Isense端還通過依次串聯連接的電阻R10和電阻R12接地；電阻R10和電阻R12的串聯連接端連接至NMOS管Q1的源極；二極管D10的陽極連接至ET1的第二初級繞組的一端，二極管D10的陰極通過電容C6接地；二極管D10的陰極還連接至U1的Vi端。

更進一步地，開關單元包括：NMOS管Q1，所述NMOS管Q1的柵極通過所述電阻R7連接至所述穩壓芯片U1的輸出端，所述NMOS管Q1的漏極連接至二極管D7的陽極，所述NMOS管Q1的源極通過電阻R12接地。

更進一步地，所述限壓保護單元包括：電阻R7、電阻R8和二極管D11；所述電阻R7的一端連接至所述穩壓芯片U1的輸出端OUT，所述電阻R7的另一端連接至NMOS管Q1的柵極，所述二極管D11的陰極連接至所述穩壓芯片U1的輸出端OUT，所述二極管D11的陽極連接至所述NMOS管Q1的源極，所述電阻R8與所述二極管D11并聯連接。

本實用新型中，DC電源輸入端不再區別DC正負極，電源反接后電源電路仍能正常工作，且在18V-32V的外界波動電壓下均能提供穩定的多路隔離DC輸出，有很強的抗干擾能力，同時具備過壓及過流抑制能力，防止電源板的意外損毀。降低安裝人員的專業要求，提高系統容錯性。同時還可避免因外界輸入電壓波動、過流及電源反接的故障，不用擔心誤接線，方便可靠，CAN通信電源經過DC/DC隔離，保證通信芯片正常工作。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的應用于BMS上的防呆隔離電源電路的原理框圖；

圖2是本實用新型提供的應用于BMS上的防呆隔離電源電路的具體電路原理圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

圖1示出了本實用新型提供的應用于BMS上的防呆隔離電源電路的原理框圖；圖2示出了本實用新型提供的應用于BMS上的防呆隔離電源電路的具體電路，為了便于說明，僅示出了與本實用新型相關的部分，詳述如下：

應用于BMS上的防呆隔離電源電路包括：全橋單元1、過流過壓保護單元2、共模抑制單元3、放電回路4、高頻變壓器5、穩壓單元6、限壓保護單元7、開關單元8、光耦單元9、第一濾波單元10、第二濾波單元11和穩壓源12；全橋單元1具有兩個輸入端，過流過壓保護單元2的輸入端連接至全橋單元1的輸出端，共模抑制單元3的輸入端連接至過流過壓保護單元2的輸出端，高頻變壓器5的第一輸入端連接至共模抑制單元3的輸出端和放電回路4的輸出端，第一濾波單元10的輸入端連接至高頻變壓器5的第一輸出端，穩壓源12的輸入端連接至第一濾波單元10的輸出端，光耦單元9的輸入端連接至穩壓源12的輸出端，穩壓單元6的第一輸入端連接至光耦單元9的輸出端，穩壓單元6的第二輸入端連接至高頻變壓器5的第三輸出端，限壓保護單元7的輸入端連接至穩壓單元6的輸出端，開關單元8的輸入端連接至限壓保護單元7的輸出端，放電回路4的輸入端連接至開關單元8的輸出端，高頻變壓器5的第二輸入端連接至開關單元8的輸出端，第二濾波單元11的輸入端連接至高頻變壓器5的第二輸出端。

其中，全橋單元1用于實現直流電源輸入接線防呆；包括：二極管D1、二極管D2、二極管D4和二極管D5，二極管D1的陽極和二極管D4的陽極接地，二極管D1的陰極和二極管D2的陰極連接后作為全橋單元1的第一輸入端DC_INPUT1；二極管D4的陰極和二極管D5的陰極連接后作為全橋單元1的第二輸入端DC_INPUT2；二極管D2的陰極和二極管D5的陰極連接后作為全橋單元1的輸出端。

過流過壓保護單元2用于實現外部電壓高壓保護；包括：保險絲F1、熱敏電阻NTC和二極管D9，保險絲F1的一端作為過流過壓保護單元2的輸入端，保險絲F1的另一端作為輸出端；熱敏電阻NTC連接在保險絲F1的另一端與地之間；二極管D9的陰極連接至保險絲F1的另一端，二極管D9的陽極接地。

共模抑制單元3包括：共模電感L1、電容C3和電容C4；共模電感L1包括第一繞組和第二繞組，第一繞組的同名端作為共模抑制單元3的輸入端，第一繞組的異名端作為共模抑制單元3的輸出端，第二繞組的同名端和異名端均接地，電容C4連接在第一繞組的同名端和第二繞組的同名端之間；電容C3與電容C4并聯。其中，共模電感L1可以抑制共模信號干擾。

放電回路4包括：電阻R1、電容C1和二極管D7，電阻R1的一端作為放電回路4的輸入端，電阻R1的另一端連接至二極管D7的陰極，二極管D7的陽極作為放電回路4的輸出端；電容C1與電阻R1并聯連接。

高頻變壓器5包括：ET1，ET1包括第一初級繞組、第二初級繞組、第一次級繞組和第二次級繞組，第一初級繞組的一端連接至共模抑制單元3的輸出端，第一初級繞組的另一端連接至D7的陽極，第一次級繞組的一端連接至D6的陽極，第一次級繞組的另一端接地；第二初級繞組的一端連接至D7的陽極，第二初級繞組的另一端接地，第二次級繞組的一端連接至D8的陽極，第二次級繞組的另一端接地。高頻變壓器5采用高反激變壓器，用于隔離電信號，傳遞能量。

穩壓單元6包括：穩壓芯片U1及其外圍電路，穩壓芯片U1的COMP端通過電阻R11連接至PC1的第三端，穩壓芯片U1的Vref端通過依次串聯連接的電阻R4和電阻R13連接至PC1的第三端，電阻R4和電阻R13的串聯連接端連接至穩壓芯片U1的RT/CT端，穩壓芯片U1的RT/CT端還通過電容C7接地；穩壓芯片U1的VFB接地，穩壓芯片U1的Isense端通過電容C8接地，穩壓芯片U1的Isense端還通過依次串聯連接的電阻R10和電阻R12接地；電阻R10和電阻R12的串聯連接端連接至Q1的源極；二極管D10的陽極連接至ET1的第二初級繞組的一端，二極管D10的陰極通過電容C6接地；二極管D10的陰極還連接至U1的Vi端。

其中，R10作為限流單元，由主控斬波芯片備用供電；電阻R4、和電容C7組成了振蕩單元，用于產生三角波；電阻R12，電阻R10和電容C8構成了斬波電流取樣單元。二極管D10和電容C6的主要作用是用于濾波。

限壓保護單元7用于MOS管G極電壓鉗位保護；包括：電阻R7、電阻R8和二極管D11，電阻R7的一端連接至U1的輸出端OUT，電阻R7的另一端連接至Q1的柵極，二極管D11的陰極連接至U1的輸出端OUT，二極管D11的陽極連接至Q1的源極，電阻R8與二極管D11并聯連接。

開關單元8包括：MOS管Q1，MOS管Q1的柵極通過電阻R7連接至U1的輸出端，MOS管Q1的漏極連接至D7的陽極，MOS管Q1的源極通過電阻R12接地。MOS管Q1為N-MOS管，通過MOS管反向導通，可以釋放多余能量。

光耦單元9包括：光耦PC1，光耦PC1的第一端連接至U2的陰極，PC1的第二端連接至電阻R2和電阻R5的串聯連接端。

第一濾波單元10包括：二極管D3、二極管D6和電容C2；二極管D6的陽極連接至ET1的第一次級繞組的一端，二極管D6的陰極作為輸出端GP_PWR+5V，二極管D6的陰極還通過電容C2接地，二極管D3與二極管D6并聯連接。

第二濾波單元11包括：二極管D8和電容C5，二極管D8的陽極連接至ET1的第二次級繞組的一端，二極管D8的陰極作為輸出端CAN_PWR+5V，二極管D8的陰極還通過電容C5接地。

穩壓源12包括：穩壓管U2、電阻R2、電阻R5、電阻R6和電阻R9，穩壓管U2的陰極通過依次串聯連接的電阻R5和電阻R2連接至D6的陰極；電阻R6和電阻R9依次串聯連接在D6的陰極與地之間，穩壓管U2的陽極接地，穩壓管U2的控制端連接在電阻R6和電阻R9的串聯連接端。

在本實用新型中，電源輸入端口D1，D2，D4，D5的肖特基二極組成全橋，當電源DCINPUT1為正極，DCINPUT2為負極時，電流流向為DCINPUT1–D2–D4–DCINPUT2；當電源DCINPUT1為負極，DCINPUT2為正極時，電流流向為DCINPUT2–D5–D1–DCINPUT1；保險管F1左端始終為正電壓，輸入電源正接或反接，電路板均可正常工作；當電路出現短路時，F1上的電流增大，保險絲熔斷，實現過流保護；當電路輸入過壓時，NTC電阻迅速變小，TVS管D9對地顯現短路，讓高壓經過保險管F1然后經過NTC及TVS管D9對地導通，保險管F1熔斷，實現過壓保護。

其中穩壓芯片U1可以采用型號為UC3845的芯片，通過自動PWM調制達到穩壓目的，實現寬電壓輸入：

(1)UC3845第6腳產生50KHZ的PWM波形，控制IRF540NMOS的通斷，在高頻變壓器ET1上呈現斷續的高頻脈沖，通過變壓器耦合，次級變壓器端出現脈動電壓；

(2)一路脈動電壓經過二極管D3，D6及C2的濾波處理，輸出直流電，穩壓源TL431在GP_PWR_5V端口穩定輸出+5V(V＝2.5*(1+R6/R9))；

(3)當輸出電壓有波動時，光耦PC1反饋電壓差值給UC3845的COMP端口，實現負反饋；

(4)次級變壓器端的另一組輸出經D8和C5濾波處理后，轉換為隔離的+5V電壓輸出；

(5)L1為共模電感，抑制外部輸出端的共模電壓；R1，C1，D7為變壓器初級的放電回路，防止變壓器磁飽和，保護NMOS不被變壓器反電動勢擊穿；

(6)R7，R8，D11為IRF540的G極提供保護，限制G極電壓；

在本實用新型中，輸入電源端口無極性區分，且可以實現過壓保護，過流保護及恒定的隔離直流輸出，外界通信干擾不會影響系統電路的正常工作。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。