本實用新型屬于電池管理系統(tǒng)(BMS)領域，更具體地，涉及一種電池管理系統(tǒng)的短路保護電路。

背景技術：

如今家用消費電子產(chǎn)品使用安全要求越來越高，如何實現(xiàn)產(chǎn)品的安全保護，已成為產(chǎn)品研發(fā)的重點。例如，當產(chǎn)品在使用過程中，發(fā)生過流、短路，系統(tǒng)能及時切斷輸出，防止事故發(fā)生。電動工具，電動自行車，家電如吸塵器，應用于電池包上。

現(xiàn)有技術的BMS在使用過程中，當電路負載發(fā)生過流或者短路時，根據(jù)歐姆定律，電流流過電阻會產(chǎn)生一個電壓，系統(tǒng)可以采集電阻上的電壓來監(jiān)測系統(tǒng)電流，從而達到監(jiān)測系統(tǒng)過流，短路等不安全因數(shù)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以切斷輸出，達到保護作用。

如圖1所示，在放電回路上，增加采樣電阻R65，來采集回路的電流信號，判斷回路的電流大小。當檢測的電流過大時，可切斷輸出，避免電路燒壞，發(fā)生事故。CUR_AD用于AD采樣，當電流流過時，可采集到該處電壓；DIS_CHARGE_MOS控制放電MOS的開通或關閉。兩個端口與MCU連接；檢測回路的電流是通過檢測采樣電阻R65的電壓來實現(xiàn)的，當回路有電流時，就可以檢測TP電阻R51處電壓來檢測回路電流。

現(xiàn)有技術中需要用到一個采樣電阻R65，增加方案的成本。同時，當電流流過時，還會造成額外的功耗，使系統(tǒng)發(fā)熱，效率變低。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種電池管理系統(tǒng)的短路保護電路，旨在解決現(xiàn)有技術中成本高、功耗大且效率低的問題。

本實用新型提供了一種電池管理系統(tǒng)的短路保護電路，包括：電流采樣模塊和輸出控制模塊，輸出控制模塊包括MOS管Q15、電阻R56和電阻R60；電阻R56的一端接收用于控制MOS管Q15開通或關閉的第一控制信號，電阻R56的另一端連接至MOS管Q15的柵極，電阻R56的另一端還通過電阻R60連接至MOS管Q15的源極，MOS管Q15的漏極作為采樣點TP；MOS管Q15的內(nèi)阻作為電流采樣模塊。

更進一步地，短路保護電路還包括：I/O保護控制模塊，所述I/O保護控制模塊包括：MOS管Q8、電阻R51、電阻R39和電阻R48；電阻R39的一端接收用于控制MOS管Q8開通或關閉的第二控制信號，電阻R39的另一端連接至MOS管Q8的柵極，電阻R39的另一端還通過電阻R48接地；電阻R51的一端接收AD采樣信號，電阻R51的另一端連接至MOS管Q8的源極，MOS管Q8的漏極連接至所述采樣點TP。

更進一步地，輸出控制模塊還包括電容C21，電容C21的一端連接至MOS管Q15的源極，電容C21的另一端連接至MOS管Q15的漏極。

更進一步地，I/O保護控制模塊還包括：電容C18，電容C18的一端接收AD采樣信號，，電容C18的另一端接地。

更進一步地，短路保護電路還包括：比較器電路，所述比較器電路包括比較器U1、電阻R83、電阻R84、電容C32和電容C28；電阻R83和電阻R84依次串聯(lián)連接在電源與地之間，電阻R83和電阻R84的串聯(lián)連接端連接至比較器U1的反向輸入端，電容C32與電阻R83并聯(lián)連接，電容C28連接在比較器U1的正向輸入端與輸出端之間，比較器U1的輸出端作為比較器電路的輸出端。

更進一步地，短路保護電路還包括：過流信號輸出電路，所述過流信號輸出電路包括三極管Q10、電阻R62、電阻R81、電阻R58和電容C33，電阻R62的一端連接至比較器電路的輸出端，電阻R62的另一端連接至三極管Q10的基極，電阻R62的另一端還通過電阻R81接地，三極管Q10的發(fā)射極接地，三極管Q10的集電極通過電阻R58連接至電源，三極管Q10的集電極還通過電容C33接地，三極管Q10的集電極輸出過流保護信號。

更進一步地，短路保護電路還包括：濾波電路，所述濾波電路包括電阻R82和電容C31，電阻R82的一端連接至比較器U1的正向輸入端，電阻R82的另一端接地，電容C31與電阻R82并聯(lián)連接。

本實用新型通過放電回路的MOS管的內(nèi)阻，來采集回路電流，可以省掉回路的采樣電阻，既節(jié)約成本，又減少了因采樣電阻造成的功耗，使系統(tǒng)放電效率更高。通過本實用新型所構思的以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比，由于利用放電回路的MOS開關管的內(nèi)阻來采樣回路的電流，無需單獨的采樣電阻，能夠取得節(jié)約成本、減小功耗，提高效率的有益效果。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術提供的電池管理系統(tǒng)的短路保護電路的電路圖；

圖2是本實用新型實施例提供的電池管理系統(tǒng)的短路保護電路的電路圖；

圖3是本實用新型實施例提供的電池管理系統(tǒng)保護短路電路的另一種方案電路圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)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。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，如圖2所示，本實用新型包括：電流采樣模塊、輸出控制模塊和I/O保護控制模塊，輸出控制模塊包括MOS管Q15、電阻R56和電阻R60；電阻R56的一端，即圖2中的DIS_CHARGE_MOS端口，其與MCU的IO口連接，可接收MCU發(fā)送的用于控制MOS管Q15開通或關閉的第一控制信號，電阻R56的另一端連接至MOS管Q15的柵極，電阻R56的另一端還通過電阻R60連接至MOS管Q15的源極，MOS管Q15的漏極作為采樣點TP；MOS管Q15的內(nèi)阻作為所述電流采樣模塊，I/O保護控制模塊包括：MOS管Q8、電阻R51、電阻R39和電阻R48；電阻R39的一端，即圖2中的CUR_CTR端口，其與MCU的IO口連接，可接收用于控制MOS管Q8開通或關閉的第二控制信號，電阻R39的另一端連接至MOS管Q8的柵極，電阻R39的另一端還通過電阻R48接地；電阻R51的一端，即圖2中的CUR_AD端口，其與電流采樣模塊的輸出端連接，可接收AD采樣信號，電阻R51的另一端連接至MOS管Q8的源極，MOS管Q8的漏極連接至所述采樣點TP。

在本實用新型中，輸出控制模塊還包括電容C21，電容C21的一端連接至MOS管Q15的源極，電容C21的另一端連接至MOS管Q15的漏極。

在本實用新型中，I/O保護控制模塊還包括：電容C18，電容C18的一端，即圖2中的CUR_AD端口，其與電流采樣模塊的輸出端連接，可接收AD采樣信號，電容C18的另一端接地。

在本實驗新型中，MOS管Q15本身內(nèi)阻作為電流采樣模塊，可以通過MO S管的內(nèi)阻進行采樣；通過輸出控制模塊可以控制輸出或者關斷；在I/O保護控制模塊中，當Q8關斷時，電機停止轉動所產(chǎn)生的電動勢就不會對電流采集CUR_AD口造成損傷。電流采樣模塊用于系統(tǒng)電流的采樣，開關控制模塊用于控制系統(tǒng)的輸出，I/O口保護模塊用于系統(tǒng)I/O的保護。當系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，首先打開開關控制，系統(tǒng)正常工作，電流流過采樣模塊，采樣模塊就可以實時采樣流過系統(tǒng)的電流，如果采樣到的電流值大于系統(tǒng)設定的過流值，系統(tǒng)就會通過開關控制模塊關掉輸出，同時開啟I/O口保護模塊，防止感性負載突然關斷形成反電動勢燒壞電流采樣I/O口，達到系統(tǒng)的保護作用。

如圖2所示，與現(xiàn)有技術相比本實用新型去掉了采樣電阻，利用MOS本身的內(nèi)阻對流經(jīng)的電流進行采樣。關掉回路輸出時，感性負載突然關斷會形成反電動勢，反電動勢(電壓較高，小的十幾伏，大的幾十伏特)容易把MCU的I/O口燒壞。關斷時，CUR_CTR由MCU控制，輸出低電平，關掉MOS管Q8。

根據(jù)系統(tǒng)過流點的要求，每一個產(chǎn)品在出廠前，進行過流值設定。給系統(tǒng)回路流過要保護的電流值，系統(tǒng)采樣回該電流值，并在程序中把此值保存下來作為過流的參考值。在系統(tǒng)的工作過程中，當系統(tǒng)檢測到回路的電流值大于之前預存過流點閥值時，系統(tǒng)切斷輸出，保護整個系統(tǒng)的安全。

本實用新型利用放電回路的MOS開關管的內(nèi)阻，來采樣回路的電流。當回路電流流過MOS管時，根據(jù)歐姆定律，MOS管的內(nèi)阻就會產(chǎn)生一個電壓，系統(tǒng)就可以通過這個內(nèi)阻的電壓值檢測回路的電流。這樣就可以省掉一個采樣電阻。

由歐姆定律：I＝V/R，要測量電路回路的電流，可以通過測量固定電阻的電壓。本系統(tǒng)就是根據(jù)歐姆定律原理，通過測量采樣電阻的電壓來檢測系統(tǒng)回路的電流，做過流和短路保護，實現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護。

對比兩方案可以看出，現(xiàn)有方案使用了一個采樣電阻R65，作為系統(tǒng)的電流采樣電阻，而本實用新型直接利用放電MOS的內(nèi)阻作為回路的采樣電阻，這樣可以降低方案的成本(采樣電阻相對比較貴)，同時也減少了回路的功耗(電流流過采樣電阻時，產(chǎn)生比較大的熱量)，減少系統(tǒng)的發(fā)熱量，提高系統(tǒng)的效率。

本實用新型直接利用MOS開關管的內(nèi)阻作為采樣電阻，這樣就可以減少現(xiàn)有方案的采樣電阻，降低了系統(tǒng)的成本，減少了系統(tǒng)在采樣電阻上的功耗，提高能量利用率，既節(jié)能又經(jīng)濟。

如圖3所示，是電池管理系統(tǒng)保護短路電路的另一種方案電路圖，圖3所示的電路不需要I/O口保護模塊，它的保護方式是通過比較器實現(xiàn)的，R41為采樣電阻，電流流過采樣電阻就會產(chǎn)生電壓，比較器的另一端為過流比較電壓。圖3中并未示出輸出控制模塊，另一種方案中輸出控制模塊的結構跟圖2中一樣，在此不再贅述。

在本實用新型中，短路保護電路還包括：比較器電路，比較器電路包括：比較器U1、電阻R83、電阻R84、電容C32和電容C28；電阻R83和電阻R84依次串聯(lián)連接在電源與地之間，電阻R83和電阻R84的串聯(lián)連接端連接至比較器U1的反向輸入端，電容C32與電阻R83并聯(lián)連接，電容C28連接在比較器U1的正向輸入端與輸出端之間，比較器U1的輸出端作為比較器電路的輸出端。

其中，比較器的負端由兩個電阻分壓得到過流閥值的參考電壓。當電流流過采樣電阻所產(chǎn)生的電壓大于比較器負端的參考電壓時，比較器的輸出端輸出高電平。

在本實用新型中，短路保護電路還包括：過流信號輸出電路，過流信號輸出電路包括三極管Q10、電阻R62、電阻R81、電阻R58和電容C33，電阻R62的一端連接至比較器電路的輸出端，電阻R62的另一端連接至三極管Q10的基極，電阻R62的另一端還通過電阻R81接地，三極管Q10的發(fā)射極接地，三極管Q10的集電極通過電阻R58連接至電源，三極管Q10的集電極還通過電容C33接地，三極管Q10的集電極，即圖3中的CUR_INT端口，其與MCU的IO口連接，可輸出過流保護信號。

其中，當比較器輸出高電平時，三極管Q10打開，三極管Q10的集電極產(chǎn)生下降沿通知系統(tǒng)，輸出回路過流。

在本實用新型中，短路保護電路還包括：濾波電路，所述濾波電路包括電阻R82和電容C31，電阻R82的一端連接至比較器U1的正向輸入端，電阻R82的另一端接地，電容C31與電阻R82并聯(lián)連接。

本方案外加比較器電路，用中斷實現(xiàn)的，比較器U1負端點的電壓值為系統(tǒng)短路電流保護電壓閥值，該閥值為電流流過回路采樣電阻，在采樣電阻上產(chǎn)生的電壓值。當系統(tǒng)回路有電流流過時，電阻R41上就會有電壓。在比較器U4A的負端設定過流保護點的電壓，當系統(tǒng)回路的電流在R41上產(chǎn)生的電壓大于比較器U4A負端電壓時，比較器輸出高電平，三極管Q10導通，單片機CUR_INT引腳接收到過流保護信號，單片機關掉輸出，達到保護系統(tǒng)的作用。

本實用新型利用放電回路MOS的內(nèi)阻作為系統(tǒng)的采樣電阻，測回路的電流。在BMS(電池管理系統(tǒng))領域中，通過放電MOS的內(nèi)阻測回路電流。

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(nèi)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(nèi)。