YLSQ20230185-HT236239-一种双通道MOS管的冗余驱动电路-发明人一撰

HT236239说明书电池驱动电路和电池管理系统技术领域本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池驱动电路和电池管理系统。背景技术随着电池管理系统（BatteryManagementSystem，简称BMS）技术不断地发展，电池管理系统的软件和硬件的可靠性、安全性日益凸显。电池管理系统是一种新能源电池关键性技术，用于监测、控制和保护电池组，以确保其高效、安全地运行。而一些电池在充放电、过压、过流和过载等不同工况下，电池管理系统中电池驱动电路中的MOS功率管容易损坏，从而造成整个电池管理系统失效，甚至存在起火的风险。但现有的电池管理系统无法在MOS功率管失效时有效避免MOS功率管单点失效的负面影响。发明内容本申请提供了一种电池驱动电路和电池管理系统，以解决如何在电池管理系统中的MOS功率管单点失效时有效的避免MOS单点失效的负面影响。第一方面，本申请提供了一种电池驱动电路，所述电池驱动电路包括主控芯片、双通道驱动电路、第一驱动支路和第二驱动支路；所述主控芯片通过两路驱动线路与所述双通道驱动电路的输入侧相连，所述双通道驱动电路的输出侧通过两路传输线路分别与所述第一驱动支路、所述第二驱动支路的第一端相连，所述第一驱动支路的第二端和所述第二驱动支路的第二端均与负载电路相连，所述第一驱动支路的第三端和所述第二驱动支路的第三端均接地；两路所述驱动线路之间相互隔离，两路所述传输线路之间相互隔离，所述驱动线路和所述传输线路之间相互隔离，所述第一驱动支路包括第一功率管，所述第二驱动支路包括第二功率管。第二方面，本申请提供了一种电池管理系统，所述电池管理系统包括上述电池驱动电路。本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该电池驱动电路，主控芯片通过两路驱动线路与所述双通道驱动电路的输入侧相连，所述双通道驱动电路的输出侧通过两路传输线路分别与所述第一驱动支路、所述第二驱动支路的第一端相连，所述第一驱动支路的第二端和所述第二驱动支路的第二端均与负载电路相连，所述第一驱动支路的第三端和所述第二驱动支路的第三端均接地；两路所述驱动线路之间相互隔离，两路所述传输线路之间相互隔离，所述驱动线路和所述传输线路之间相互隔离，所述第一驱动支路包括第一功率管，所述第二驱动支路包括第二功率管。无论第一功率管和/或第二功率管出现失效时，由于双通道驱动电路输入侧的驱动线路与输出侧的传输线路相互隔离，且两路不同的驱动线路也相互隔离，两路不同的传输线路也相互隔离，功率管失效时不会将失效传导到相互隔离的线路上，以此可以避免由于功率管单点失效造成整个电池管理系统失效。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1为本申请实施例提供的一种电池驱动电路的原理示意图；图2为本申请实施例提供的一种电池驱动电路的原理示意图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。图1为一个实施例中电池驱动电路的连接关系示意图。参照图1，该电池驱动电路包括主控芯片110、双通道驱动电路120、第一驱动支路130和第二驱动支路140；所述主控芯片110通过两路驱动线路与所述双通道驱动电路120的输入侧相连，所述双通道驱动电路120的输出侧通过两路传输线路分别与所述第一驱动支路130、所述第二驱动支路140的第一端相连，所述第一驱动支路130的第二端和所述第二驱动支路140的第二端均与负载电路150相连，所述第一驱动支路130的第三端和所述第二驱动支路140的第三端均接地；两路所述驱动线路之间相互隔离，两路所述传输线路之间相互隔离，所述驱动线路和所述传输线路之间相互隔离，所述第一驱动支路130包括第一功率管，所述第二驱动支路140包括第二功率管。具体的，主控芯片110采用MCU芯片来实现，主控芯片110用于输出驱动信号以控制第一驱动支路130和/或第二驱动支路140的通断状态，以此来实现对负载电路150的充电状态，负载电路150用于根据主控芯片110通过第一驱动支路130和第二驱动支路140发出的驱动信号进行充电，即主控芯片110通过向第一驱动支路130和/或第二驱动支路140输出驱动信号来对负载电路150进行充电，主控支路可以同时驱动第一驱动支路130和第二驱动支路140，也可以单独驱动第一驱动支路130或第二驱动支路140。通过双通道驱动电路120来隔离主控芯片110与第一驱动支路130、第二驱动支路140，即双通道驱动电路120用于隔离输入侧的驱动线路与输出侧的传输线路，并且还令两路不同的驱动线路相互隔离，令两路不同的传输线路相互隔离，无论是第一驱动支路130中的第一功率管发生失效，或者是第二驱动支路140中的第二功率管发生失效，都不会将失效传递至其他传输线路以及驱动线路，从而避免在功率管单点失效时导致整个电池管理系统失效。在一个实施例中，所述双通道驱动电路120包括双通道驱动器U16、第一电阻R33、第二电阻R38、第三电阻R39、第四电阻R40、第一电容C42和第二电容C43；所述第一电阻R33接于所述主控芯片110与所述双通道驱动器U16的第一输入引脚之间的第一驱动线路上，所述第二电阻R38接于所述主控芯片110与所述双通道驱动器U16的第二输入引脚之间的第二驱动线路上，两路所述驱动线路包括所述第一驱动线路和所述第二驱动线路，所述双通道驱动器U16的第一使能引脚依次经过所述第三电阻R39、所述第一电容C42接地，所述双通道驱动器U16的第二使能引脚依次经过所述第四电阻R40、所述第二电容C43接地，所述第三电阻R39和所述第一电容C42之间的连接点，与所述第四电阻R40和所述第二电容C43之间的连接点共接外部电源。具体的，第一电阻R33接在第一驱动线路上用于对第一驱动线路上的驱动信号进行限流处理，避免电流较大的驱动信号对双通道驱动器U16的第一输入引脚造成电流冲击，同理，第二电阻R38接在第二驱动线路上用于对第二驱动线路上的驱动信号进行限流处理，避免电流较大的驱动信号对双通道驱动器U16的第二输入引脚造成电流冲击。第三电阻R39和第一电容C42的阻容结构用于起到滤波作用，同理第四第三组和第二电容C43的阻容结构用于起到滤波作用。双通道驱动器U16具体采用型号为UCC27524DR的驱动芯片，该驱动芯片的全称为双通道4A超高速功率开关驱动器，峰值电流可达5A，工作电压范围4.5V-20V，在对功率管的栅极进行充电和放电时，它匹配有相应的响应速度，UCC27524DR在额定功率和电压范围内任何条件下具有高度的锁存抵抗能力，同时UCC27524具有隔离驱动的特性，输入侧和输出侧是隔离的，两个驱动线路之间也是隔离的。双通道驱动器U16内部的各个功能模块之间也相互隔离，在双通道驱动器U16内的第一输入模块、第二输入模块、第一驱动模块和第二驱动模块中的任意一个模块发生故障（短路或者开路），故障不会击穿绝缘基，即故障不会传导到其他正常模块，其中第一输入模块用于与第一驱动线路相连，第二输入模块用于与第二驱动线路相连，第一驱动模块用于与第一驱动支路130相连，第二驱动模块用于与第二驱动支路140相连。在一个实施例中，所述第一驱动支路130还包括第一下桥臂电路和第一上桥臂电路，所述第一上桥臂电路的第一端通过第一传输线路与所述双通道驱动器U16的第一输出端相连，两路所述传输线路包括所述第一传输线路和第二传输线路，所述第一上桥臂电路的第二端分别与所述第一功率管的栅极、所述第一下桥臂电路相连，所述第一下桥臂电路接于所述第一功率管的栅极和源极之间，所述第一功率管的漏极与所述负载电路150相连；在所述第一功率管出现短路失效时，通过所述双通道驱动器U16防止所述第一功率管对所述第一驱动线路、所述第二驱动线路和所述第二传输线路造成短路影响；在所述第一功率管出现开路失效时，所述第一功率管呈开路状态，用于保护关断所述电池驱动电路。具体的，在第一驱动支路130中的第一功率管出现短路失效时，短路失效具体包括漏源端短路（DS）、栅漏端短路（GD）、栅源端短路（GS）、栅漏源短路（GDS），负载电路150会向第一功率管释放高电压，即电池电压，但由于第一功率管内的自举二极管处于截止状态，并且双通道驱动器U16所连通的各个线路相互隔离以及双通道驱动器U16内部各个功能模块之间相互隔离，因此该电池电压无法传导至双通道驱动器U16的输入侧，因此该电池电压对电池驱动电路中的其他部分无影响，也不会影响第二驱动支路140的正常通断状态。在第一驱动支路130中的第一功率管出现开路失效时，开路失效具体包括漏源端开路（DS）、栅漏端开路（GD）、栅源端开路（GS）、栅漏源开路（GDS），第一功率管安全断开双通道驱动器U16与负载电路150之间的连接关系，此时电池驱动电路功能性失效，即停止工作，因此负载电路150释放的高压不会损坏双通道驱动器U16以及主控芯片110，能够确保主控芯片110的功能正常。在第一功率管的漏源端短路（DS）时，由于第一功率管中的自举二极管呈截止状态，负载电路150输出的高压不会传导到双通道驱动器U16，不会影响到第二驱动支路140的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第一功率管的栅漏端短路（GD）时，负载电路150输出的高压会通过栅漏端传导至双通道驱动器U16中与第一下桥臂电路相连的第一驱动模块，因此会损坏双通道驱动器U16中与第一下桥臂电路相连的第一驱动模块，但双通道驱动器U16中的其他模块正常工作不受影响，也不会影响到第二驱动支路140的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第一功率管的栅源端短路（GS）时，如果短路失效发生在第一下桥臂电路，负载电路150输出的高压不会传导到双通道驱动器U16，因此双通道驱动器U16不会被损坏，也不会影响到第二驱动支路140的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。如果短路失效发生在第一上桥臂电路，高压会损坏双通道驱动器U16中与第一驱动支路130相连的第一驱动模块，但不会影响双通道驱动器U16中其他功能模块的正常工作，并且由于第一功率管中的自举二极管也可以拦截高压穿透，避免对其他器件造成影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第一功率管的栅漏源短路（GDS）时，负载电路150输出的高压会传导到双通道驱动器U16中与所述第一下桥臂电路相连的第一驱动模块，因此会损坏双通道驱动器U16中的第一驱动模块，但不会影响双通道驱动器U16中其他功能模块，也不会影响到第二驱动支路140的通断状态，并确保主控芯片110功能正常不受影响，并且由于第一功率管中的自举二极管也可以拦截高压穿透，避免对其他器件造成影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在一个实施例中，所述第一下桥臂电路包括第五电阻R34、第六电阻R36和第一二极管D3，所述第五电阻R34的第一端分别与所述第六电阻R36的第一端、所述双通道驱动器U16的第一输出端相连，所述第五电阻R34的第二端与所述第一二极管D3的负极相连，所述第一二极管D3的正极分别与所述第六电阻R36的第二端、所述第一功率管的栅极、所述第一上桥臂电路相连。具体的，在第一功率管的栅源端短路（GS）时，如果短路失效发生在第一下桥臂电路，负载电路150输出的高压通过第一功率管的栅源端传递至第一二极管D3、第五电阻R34、第六电阻R36流回第一功率管，不会传导到双通道驱动器U16，因此双通道驱动器U16不会被损坏，也不会影响到第二驱动支路140的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在一个实施例中，所述第一上桥臂电路包括第七电阻R45，所述第七电阻R45的第一端分别与所述第六电阻R36的第二端、所述第一功率管的栅极、所述第一二极管D3的正极相连，所述第七电阻R45的第二端与所述第一功率管的源极共接地。具体的，在第一功率管的栅源端短路（GS）时，如果失效发生在第一上桥臂电路，则第一功率管的栅极和源极之间会形成接地短路，会对双通道驱动器U16中与第一驱动支路130相连的第一驱动模块造成损坏，但不会影响双通道驱动器U16中其他功能模块的正常工作，并且由于第一功率管中的自举二极管也可以拦截高压穿透，避免对其他器件造成影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在一个实施例中，所述第二驱动支路140还包括数字隔离器U21、第二上桥臂电路和第二下桥臂电路，所述数字隔离器U21的输入端经隔离电阻与所述双通道驱动器U16的第二输出端相连，所述数字隔离器U21的输出端与所述第二下桥臂电路相连，所述第二下桥臂电路还分别与所述第二上桥臂电路、所述第二功率管的栅极相连，所述第二上桥臂电路接于所述第二功率管的栅极和源极之间，所述第二功率管的漏极和源极之间并联有第二二极管D5和第三二极管D6，所述第二功率管的漏极与所述负载电路150相连；在所述第二功率管出现短路失效时，通过所述数字隔离器U21和所述双通道驱动器U16防止所述第二功率管对所述第一驱动线路、所述第二驱动线路和所述第一传输线路造成短路影响；在所述第二功率管出现开路失效时，所述第二功率管呈开路状态，用于保护关断所述电池驱动电路。具体的，在第二驱动支路140中的第二功率管出现短路失效时，短路失效具体包括漏源端短路（DS）、栅漏端短路（GD）、栅源端短路（GS）、栅漏源短路（GDS），负载电路150会向第二功率管释放高电压，即电池电压，但由于第二功率管内的自举二极管处于截止状态，并且双通道驱动器U16所连通的各个线路相互隔离以及双通道驱动器U16内部各个功能模块之间相互隔离，因此该电池电压无法传导至双通道驱动器U16的输入侧，因此该电池电压对电池驱动电路中的其他部分无影响，也不会影响第一驱动支路130的正常通断状态，此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第二驱动支路140中的第二功率管出现开路失效时，开路失效具体包括漏源端开路（DS）、栅漏端开路（GD）、栅源端开路（GS）、栅漏源开路（GDS），第二功率管安全断开双通道驱动器U16与负载电路150之间的连接关系，此时电池驱动电路功能性失效，即停止工作，因此负载电路150释放的高压不会损坏双通道驱动器U16以及主控芯片110，能够确保主控芯片110的功能正常。在第二功率管的漏源端短路（DS）时，由于第二功率管中的自举二极管呈截止状态，负载电路150输出的高压不会传导到双通道驱动器U16，不会影响到第一驱动支路130的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第二功率管的栅漏端短路（GD）时，负载电路150输出的高压会依次通过第二功率管的栅漏端、第二下桥臂电路、数字隔离器U21传导至双通道驱动器U16中的第二驱动模块，因此会损坏双通道驱动器U16中的第二驱动模块，但双通道驱动器U16中的其他模块正常工作不受影响，也不会影响到第一驱动支路130的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第二功率管的栅源端短路（GS）时，如果短路失效发生在第二下桥臂电路，负载电路150输出的高压不会传导到双通道驱动器U16，因此双通道驱动器U16不会被损坏，也不会影响到第一驱动支路130的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，此时电池驱动电路的驱动功能正常。如果短路失效发生在第二上桥臂电路，高压会损坏双通道驱动器U16中的第二驱动模块，但不会影响双通道驱动器U16中其他功能模块的正常工作，并且由于第二功率管中的自举二极管也可以拦截高压穿透，避免对其他器件造成影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在第二功率管的栅漏源短路（GDS）时，负载电路150输出的高压会传导到双通道驱动器U16中与所述第二驱动支路140相连的第二驱动模块，因此会损坏双通道驱动器U16中的第二驱动模块，但不会影响双通道驱动器U16中其他功能模块，也不会影响到第一驱动支路130的通断状态，并确保主控芯片110功能正常不受影响，并且由于第二功率管中的自举二极管也可以拦截高压穿透，避免对其他器件造成影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在一个实施例中，所述第二上桥臂电路包括第八电阻R35、第九电阻R37和第四二极管D4，所述第八电阻R35的第一端分别与所述第九电阻R37的第一端、所述数字隔离器U21的输出端相连，所述第八电阻R35的第二端与所述第四二极管D4的负极相连，所述第四二极管D4的正极分别与所述第九电阻R37的第二端、所述第二功率管的栅极、所述第二下桥臂电路相连。具体的，在第二功率管的栅源端短路（GS）时，如果短路失效发生在第二下桥臂电路，负载电路150输出的高压通过第二功率管的栅源端传递至第四二极管D4、第八电阻R35、第九电阻R37流回第二功率管，不会传导到双通道驱动器U16，因此双通道驱动器U16不会被损坏，也不会影响到第一驱动支路130的通断状态，确保主控芯片110功能正常不受影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在一个实施例中，所述第二下桥臂电路包括第十电阻R41，所述第十电阻R41的第一端分别与所述第九电阻R37的第二端、所述第二功率管的栅极、所述第四二极管D4的正极相连，所述第十电阻R41的第二端与所述第二功率管的源极共接地。具体的，在第二功率管的栅源端短路（GS）时，如果失效发生在第二上桥臂电路，则第二功率管的栅极和源极之间会形成接地短路，高压会穿透数字隔离器U21对双通道驱动器U16中与第二驱动支路140相连的第二驱动模块造成损坏，但不会影响双通道驱动器U16中其他功能模块的正常工作，并且由于第二功率管中的自举二极管也可以拦截高压穿透，避免高压传导扩散对其他器件造成影响，因此此时电池驱动电路的驱动功能正常。在一个实施例中，所述负载电路150包括负载电池、第一滤波电路、高频变压器和第二滤波电路，所述负载电池经过所述第一滤波电路与所述高频变压器的原边相连，所述高频变压器的原边还与所述第一驱动支路130相连，所述高频变压器的副边经过所述第二滤波电路与外部连接电路相连，所述高频变压器的副边还与所述第二驱动支路140相连；所述负载电池用于在放电状态下向所述第一驱动支路130和所述第二驱动支路140提供电池电压，在所述第一功率管和/或所述第二功率管失效时，所述双通道驱动电路120用于防止所述电池电压传导至所述主控芯片110。具体的，第一滤波电路是指图2中的电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电容C26、电容C31、电阻R26、电阻R27所组成的阻容结构，第二滤波电路是指图2中电容C32、电阻R28、电阻R29、电容C37、电容C38、电容C39、电容C33、电容C34所组成的阻容结构。图2中的POWER_BAL用于指示负载电池，V-OUT和V-GND用于与外部连接电路相连。负载电池通过高频变压器向连接电路提供变频电压，以实现放电功能，而负载电池通过接收第一驱动支路130和/或第二驱动支路140的驱动信号来实现充电功能。第二驱动支路140中的数字隔离器U21也用于实现隔离高频变压器原边与副边之间的信号干扰。在一个实施例中，提供了一种电池管理系统，所述电池管理系统包括上述任意一个实施例中的电池驱动电路，基于上述的电池驱动电路，在单个MOS功率管的DS、GD、GS、GDS短路等失效条件下，可以保证电池管理系统功能正常，并且可以通过双通道驱动器U16硬件阻断故障点的扩大，亦或者是通过主控芯片110在检测到双通道驱动器U16的高压承受情况下发相应的关断驱动信号，以控制短路失效的功率管关断来实现软件阻断故障点的扩大。但是在单个MOS功率管的GS和DS开路失效条件下，功率管断开双通道驱动器U16和负载电路150之间的连接关系，此时电池管理系统可靠关断，也可以阻断故障