电池管理系统的正负电压采样电路技术方案

本发明专利技术公开了电池管理系统的正负电压采样电路。本发明专利技术包括P极开关阵列、N极开关阵列、四个采样电容、一个采样电阻和两个共模开关。P极开关阵列和N极开关阵列的结构相同，均包括16个开关。开关阵列的输入端接采样电阻的两端，输出端连接采样电容，采样电容连接共模开关一端，为采样电路的输出端，共模开关另一端连接后接共模电压。本发明专利技术将负压导致的开关的漏电流转移至非主采样通路，不影响主采样通路。本发明专利技术交替使用使用正采样过程和负采样过程实现斩波采样功能，减少电容失配对采样精度影响。本发明专利技术降低了电池管理系统的成本，提高了电流采样的精度。了电流采样的精度。了电流采样的精度。

【技术实现步骤摘要】
电池管理系统的正负电压采样电路


[0001]本专利技术属于电子技术的电压检测领域，具体涉及一种电池管理系统中使用的高精度正负电压采样电路。

技术介绍

[0002]电池管理系统(BMS)是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。充电放电电流检测是BMS基础功能。通常在电流通路上串接采样电阻，将电流值转换成电压值进行采样。根据检测电阻串接位置不同，检测电流可分为两种检测方式：一种是高端检测，另外一种低端检测。高端检测时，采样电阻串接在电池正极。低端检测时，采样电阻串接在电池负极。高端检测需要检测电路耐高压，电路复杂成本高。低端检测在电池放电时会在采样电阻上产生正压，在电池充电时会在采样电阻上产生低于电极负极电压的负压。为了采样负压，通常需要使用放大器将负压进行电位抬升与放大，如专利CN202122280836、CN202211588798等。
[0003]开关电容可用于电压采样，但是在采样电压有负压情况下，采样开关两端有负电位，导致采样开关不能完全断开，漏电流影响了采样电压的精度。为了减少负压的漏电，可以在CMOS工艺上使用深N阱工艺，令CMOS开关放在深N阱中，然后使用负偏置电压令CMOS开关的体电压低于0V。但是这需要增加CMOS工艺的成本及需要产生CMOS开关的负偏置体电压的电路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是针对负电压产生漏电的情况下，提供一种不受漏电流影响的高精度正负电压采样电路，可以消除负压漏电对采样精度的影响，同时不需要深N阱工艺，而且不需要使用放大器的电位抬升放大器。
[0005]本专利技术包括：
[0006]P极开关阵列、N极开关阵列、四个采样电容、一个采样电阻和两个共模开关。
[0007]P极开关阵列和N极开关阵列的结构相同，均包括16个开关，所有的开关均为NMOS开关，NMOS开关的源极为开关的一端，漏极为开关的另一端，栅极为开关的控制端。
[0008]开关阵列的具体结构是：
[0009]第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的一端连接，作为开关阵列正输入端，第五开关、第六开关、第七开关和第八开关的一端连接，作为开关阵列负输入端；
[0010]第九开关和第十开关的一端连接第一开关的另一端，第十一开关和第十二开关的一端连接第六开关的另一端，第二开关、第五开关、第十开关和第十二开关的另一端连接；第九开关和第十一开关的另一端连接，作为开关阵列正输出端；
[0011]第十三开关和第十四开关的一端连接第三开关的另一端，第十五开关和第十六开关的一端连接第八开关的另一端，第四开关、第七开关、第十四开关和第十六开关的另一端连接；第十三开关和第十五开关的另一端连接，作为开关阵列负输出端。
[0012]P极开关阵列的正输入端和N极开关阵列正输入端接采样电阻的一端，作为采样电路的正输入端，P极开关阵列的负输入端和N极开关阵列负输入端接采样电阻的另一端，作为采样电路的负输入端。
[0013]P极开关阵列的正输出端连接第一采样电容的一端，负输出端连接第二采样电容的一端，第一采样电容和第二采样电容的另一端连接第一共模开关的一端，作为采样电路的正输出端；N极开关阵列的正输出端连接第三采样电容的一端，负输出端连接第四采样电容的一端，第三采样电容和第四采样电容的另一端连接第二共模开关的一端，作为采样电路的负输出端；第一共模开关和第二共模开关的另一端连接后接共模电压Vcm。
[0014]本专利技术在不增加额外CMOS深N阱工艺前提下，通过漏电流的转移，令负压导致的开关的漏电流转移至非主采样通路，不影响主采样通路。本专利技术不需要放大器，只需要开关即可实现负压精准采样，可交替使用使用正采样过程和负采样过程实现斩波采样功能，减少电容失配对采样精度影响，电路实现代价低，工艺适应性强，降低了电池管理系统的成本，提高了电流采样的精度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的电路图；
[0016]图2为正采样操作示意图；
[0017]图3为正移位操作和负移位操作示意图；
[0018]图4为正采样操作示意图。
具体实施方式
[0019]以下结合实施例对本专利技术做进一步描述。
[0020]电池管理系统的正负电压采样电路，如图1所示，包括：P极开关阵列、N极开关阵列、四个采样电容、一个采样电阻和两个共模开关。
[0021]P极开关阵列和N极开关阵列的结构相同(图1中虚线框)，均包括16个开关，所有的开关均为NMOS开关，NMOS开关的源极为开关的一端，漏极为开关的另一端，栅极为开关的控制端。
[0022]以P极开关阵列为例，具体结构是：
[0023]第一开关P1、第二开关P2、第三开关P3和第四开关P4的一端连接，作为开关阵列正输入端，第五开关P5、第六开关P6、第七开关P7和第八开关P8的一端连接，作为开关阵列负输入端；
[0024]第九开关P9和第十开关P10的一端连接第一开关P1的另一端，第十一开关P11和第十二开关P12的一端连接第六开关P6的另一端，第二开关P2、第五开关P5、第十开关P10和第十二开关P12的另一端连接；第九开关P9和第十一开关P11的另一端连接，作为开关阵列正输出端；
[0025]第十三开关P13和第十四开关P14的一端连接第三开关P3的另一端，第十五开关P15和第十六开关P16的一端连接第八开关P8的另一端，第四开关P4、第七开关P7、第十四开关P14和第十六开关P16的另一端连接；第十三开关P13和第十五开关P15的另一端连接，作为开关阵列负输出端。
[0026]如图1，N极开关阵列对应P极开关阵列相同位置的开关序号与P极开关阵列相同。
[0027]P极开关阵列的正输入端和N极开关阵列正输入端接采样电阻R的一端，作为采样电路的正输入端P，P极开关阵列的负输入端和N极开关阵列负输入端接采样电阻R的另一端，作为采样电路的负输入端N。采样电路的正输入端P接电池的负极，电池的正极接入充电器的正极，采样电路的负输入端N接充电器的负极。
[0028]P极开关阵列的正输出端连接第一采样电容C1的一端，负输出端连接第二采样电容C2的一端，第一采样电容C1和第二采样电容C2的另一端连接第一共模开关S1的一端，作为采样电路的正输出端Po；N极开关阵列的正输出端连接第三采样电容C3的一端，负输出端连接第四采样电容C4的一端，第三采样电容C3和第四采样电容C4的另一端连接第二共模开关S2的一端，作为采样电路的负输出端No；第一共模开关S1和第二共模开关S2的另一端连接后接共模电压Vcm。
[0029]采样过程分为正采样过程和负采样过程。正采样过程与负采样过程的交替使用实现斩波采样功能，减少电容失配对采样精度影响。由于电池放电过程电路不会产生负压，不会产生由漏电引起的精度损失，以下以会出现负电压的充电场景进行说明。以采样电阻为100毫欧、充电电流2安培为例，2安培电流从充电器的正极流过电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电池管理系统的正负电压采样电路，其特征在于，包括：P极开关阵列、N极开关阵列、四个采样电容、一个采样电阻和两个共模开关；所述的P极开关阵列和N极开关阵列的结构相同，均包括16个开关，开关阵列的具体结构是：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关的一端连接，作为开关阵列正输入端，第五开关、第六开关、第七开关和第八开关的一端连接，作为开关阵列负输入端；第九开关和第十开关的一端连接第一开关的另一端，第十一开关和第十二开关的一端连接第六开关的另一端，第二开关、第五开关、第十开关和第十二开关的另一端连接；第九开关和第十一开关的另一端连接，作为开关阵列正输出端；第十三开关和第十四开关的一端连接第三开关的另一端，第十五开关和第十六开关的一端连接第八开关的另一端，第四开关、第七开关、第十四开关和第十六开关的另一端连接；第十三开关和第十五开关的另一端连接，作...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁骏，杨智健，章南，陈余浪，李俊立，
申请(专利权)人：杭州国芯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：