一种电池组单体电池电压检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电池组单体电池电压检测电路包括：高压模拟开关阵列，其输入端连接待检测单体电池两端，其输出端连接高共模输入误差放大器；高共模输入误差放大器，用于把高共模的电池信号变成以低电压为参考电压的差分信号进行检测；其中，检测电池组中待检测单体电池电压时，连接在此电池正负极板上高压模拟开关阵列中对应一组高压开关导通，把电池电压信号直接输出到高共模输入误差放大器。检测电池组中待检测单体电池电压时，连接在此电池正负极板上的高压开关导通，把电池电压信号输出到高共模输入误差放大器。采用本发明专利技术的高电压检测电路较传统的检测电路，节约芯片面积的同时提高了检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种电池组单体电池电压检测电路
本专利技术涉及高压模拟集成电路设计领域，特别是涉及一种电池组单体电池电压检测电路。
技术介绍
动力电池组是维持汽车动力的基础部分，为了延长电池的使用寿命，及时检测和排除电池故障，合理的对其进行充放电，电池组管理系统必不可少。以聚合物锂离子电池为例，它具有能量密度高，输出功率大，充电效率高，使用寿命长，无污染等优越性能，是新能源汽车重要的储能元件。其不足之处，就是需要特殊的保护电路，以防止过充过放，或者电池组中单体电池电量不均衡引起的使用寿命问题等。对电池组单体电池电压的精确检测是设计保护、均衡等功能的前提。电池组通常包含几节至几十节串联的单体电池以提供高输出电压，单体电池的正负极电压常有几十伏的共模值，需要把单体电池共模电压降低到以地为参考电压的低电平进行检测。传统的检测方法有两种，一是利用电阻分压，把电池极板上的共模电压降低到以地为参考的低电压进行检测。这种方法需要精确匹配的电阻，并且在共模电压很高时，准确度差。二是利用电容和开关电路，把电池电压由高共模搬运到低共模进行检测。这种方法极易受到开关管寄生电容的影响而出现检测结果的偏差，解决的办法是增大电容，使寄生电容可以忽略，但是增大电容会占用过多的面积而增加芯片的成本。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种电池组单体电池电压检测电路。具体地，所述电池组单体电池电压检测电路包括：高压模拟开关阵列，其输入端连接待检测单体电池两端，其输出端连接高共模输入误差放大器；高共模输入误差放大器，用于把高共模的电池信号变成以低电压为参考电压的差分信号进行检测；其中，检测电池组中待检测单体电池电压时，连接在此电池正负极板上高压模拟开关阵列中对应一组高压开关导通，把电池电压信号直接输出到高共模输入误差放大器。所述电路还包括向高压模拟开关阵列提供驱动电流和控制信号的开关驱动电路及低压逻辑控制器。所述高压模拟开关阵列至少包括两路高压开关，每路高压开关包括：至少两个高压P型DMOS管，电阻和齐纳二极管。所述高压模拟开关阵列通过接收低压逻辑信号控制其导通与关断。所述高压开关中至少两个P型DMOS管的源极、栅极连接一起，其中一个P型DMOS管的漏极连接到单体电池的其中一个电极，另一个P型DMOS管的漏极连接到高共模误差放大器电路，至少两个P型DMOS的栅极和源极之间并联有电阻和齐纳二极管。所述开关驱动电路及低压逻辑控制器包括误差放大器、补偿电阻电容、分压电阻、用于电压转电流的电阻和电流镜。所述高共模输入的误差放大器至少包括两个运算放大器、三个电阻和一对晶体管；其中，运算放大器各自形成负反馈环路。所述高共模输入的误差放大器具有两个输入端，分别连接到高压模拟开关阵列的两个输出端，用于接收来自与高压模拟开关阵列连通的一个单体电池的电压；所述高共模输入的误差放大器的两个输入端分别经过高压电阻连接到第一或第二晶体管的漏极和第一或第二运算放大器的其中一个输入端；所述第一或第二运算放大器的另一个输入端共同连接到参考电压；所述高共模输入的误差放大器的至少一个输入端经过电阻与第一运算放大器的输出连接；所述第一运算放大器的输出作为所述高共模误差放大器电路的输出；所述第一和第二晶体管的源极接地，并且其栅极共同连接到第二运算放大器的输出端。本专利技术采用高压模拟开关阵列及高共模输入误差放大器，较传统单体电池电压检测电路的优点为：一是，检测不同共模电压的信号时共用一对大阻值电阻，较之传统的电阻分压，大大减小了电阻个数和芯片面积。二是，与传统采用高压MOS管设计的高共模误差放大器不同，本专利技术使用电阻作为耐高压器件，重要的反馈回路全部采用低压器件，由于低压器件在准确度和工艺角变化，以及匹配等各方面性能远好于高压器件，因而检测精度高，检测误差受外界影响较小。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为根据本专利技术一个实施例的高压模拟开关阵列及其驱动电路示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的高共模误差放大器电路示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的单体电池电压检测电路示意图。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式以下详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。图3为根据本专利技术一个实施例的单体电池电压检测电路示意图，其中包括多个串联的电池21-25、多个高压开关11-16、开关驱动电路及低压逻辑控制器17以及高共模误差放大器电路30。多个高压开关11-16分别连接到电池21-25的各个电极，所述高压开关11-16在开关驱动电路及低压逻辑控制器17的控制下导通或关闭，用于在任何时间将高共模误差放大器电路30连接到其中一个电池21-25的两端电极，用于通过高共模误差放大器电路30测量被连接的电池的电压。下面分别结合图1和图2详细描述高压开关11-16及其驱动电路以及高共模误差放大器电路30的工作原理。图1为根据本专利技术一个实施例的高压模拟开关阵列及其驱动电路示意图；参照图1，本专利技术的一个实施例提供了一种高压模拟开关阵列及其驱动电路，包括：高压模拟开关驱动电路S1，其中包括误差放大器13、分压电阻R1、R2，和由四个CMOS晶体管nm3、nm4、nm7、pm3构成的电流镜以及用于电压转电流的电阻R3，其中所述误差放大器13包括四个CMOS晶体管pm1、pm2、nm1、nm2、补偿电容C1和补偿电阻R4。高压开关阵列S2，其中包含第一高压开关11和第二高压开关12，以第一高压开关为例介绍高压开关的结构。晶体管pm4源极连接待检测电池组的最高电压HV，漏极连接第一高压开关11中晶体管pm8，pm9的栅极，栅极与晶体管pm3栅极连接组成电流镜获取驱动电流；在第一高压开关11中，电阻R6与齐纳管D2并联两端分别连接在高压晶体管pm8、pm9的栅极和源极；高压晶体管pm8、pm9的源极相连接，高压晶体管pm8、pm9的漏极分别连接在任意单体电池的某一极板Cl_in以及第一高压开关11的输出端Cl_out；高压晶体管nm5的漏极连接第一高压开关11中晶体管pm8，pm9的源极，其栅极连接低压逻辑控制信号logicl，源极连接nm8的漏极。nm8的栅极连接nm3的栅极构成电流镜，使得nm8中电流与pm4中电流相等，开关11能够悬浮在任意导通电压。高压模拟开关阵列S2的第二高压开关12与此类似，此处不再赘述。下面参照图1、图3具体描述各部分电路及其工作原理。如图1所示，高压模拟开关阵列驱动电路S1为电流型的驱动电路，由于误差放大器接成闭环负反馈结构，两输入对管pm1,pm2的栅极电压相等，流经R3的电流由公式1决定：I=VDD*R1/[R3*(R1+R2)]电阻R3上电流与晶体管nm3上电流相同，晶体管nm3、nm4的栅源电压相同构成电路镜，高压晶体管nm7使他们具有相近的漏极电压，保证了电流较大程度的匹配。晶体管nm7在所属支路中还具有承受高压的作用。晶体管pm3中的电流与晶体管nm4中电流相同，并且将电流镜像给晶体管pm4，pm5等支路。驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组单体电池电压检测电路，包括：高压模拟开关阵列(11‑16)，其输入端连接待检测单体电池(21‑25)两端，其输出端连接高共模输入误差放大器(30)；高共模输入误差放大器(30)，用于把高共模的电池信号变成以低电压为参考电压的差分信号进行检测；其中，检测电池组中待检测单体电池电压时，连接在此电池正负极板上高压模拟开关阵列中对应一组高压开关导通，把电池电压信号直接输出到高共模输入误差放大器(30)。

【技术特征摘要】
1.一种电池组单体电池电压检测电路，包括：高压模拟开关阵列(11-16)，其输入端连接待检测单体电池(21-25)两端，其输出端连接高共模输入误差放大器(30)；高共模输入误差放大器(30)，用于把高共模的电池信号变成以低电压为参考电压的差分信号进行检测；其中，检测电池组中待检测单体电池电压时，连接在此电池正负极板上高压模拟开关阵列中对应一组高压开关导通，把电池电压信号直接输出到高共模输入误差放大器(30)；其中，所述高共模输入误差放大器(30)具有两个输入端，分别连接到各组高压模拟开关阵列的两个输出端，用于接收来自与高压模拟开关阵列连通的一个单体电池的电压；所述高共模输入误差放大器(30)的两个输入端分别经过高压电阻连接到第一或第二晶体管的漏极，两高压电阻接第一或第二晶体管漏极的一端分别连接第一或第二运算放大器的其中一个输入端；所述第一和第二运算放大器的另一个输入端共同连接到参考电压；所述高共模输入误差放大器(30)的至少一个输入端经过电阻与第一运算放大器的输出连接；所述第一运算放大器的输出作为所述高共模输入误差放大器(30)的输出；所述第一和第二晶体管的源极接地，并且其栅极共同连接到第二运算放大器的输出端。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：付佳，赵野，郝炳贤，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11