電池反向保護(hù)裝置及其操作方法
【專利說明】電池反向保護(hù)裝置及其操作方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請依據(jù)35U.S.C.119和35U.S.C.356要求2014年I月27日提交的第10-2014-0009700號的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過弓I用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及電池反向保護(hù)裝置及其操作方法，并更具體地，涉及其中低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器通常在低電壓下是能操作的電池反向保護(hù)裝置及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0004]典型地，電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛包括提供高電壓給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的高電壓電池和提供低電壓給電子裝置的低電壓電池。
[0005]在電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的電池充電時(shí)，高電壓電池通過外部電源或在車輛內(nèi)部的發(fā)電機(jī)來充電，而低電壓電池通過將高電壓電池的高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓來充電。
[0006]將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓的裝置為低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器(在下文中稱為“LDC”)，其將來自高電壓電池的高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓并給低電壓電池充電或輸送電力至負(fù)載裝置。
[0007]另一方面，電子裝置被連接至電池反向保護(hù)裝置以便于保護(hù)電池和系統(tǒng)免于因電池的反接而損壞。
[0008]這里，電池的反接意指電池被反向地、非正常地連接至電路。
[0009]例如，對于連接至電池和電子系統(tǒng)的LDC來說，電池反向保護(hù)裝置對于同時(shí)進(jìn)行電池充電操作和防反接操作來說是很必要的。典型地，金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)用作開關(guān)裝置。
[0010]詳細(xì)地，使用MOSFET作為開關(guān)裝置的電池反向保護(hù)裝置可以通過MOSFET內(nèi)部的二極管來防止電池的反接，并通過允許溝道電流在MOSFET的源極和漏極之間流動(dòng)來給電池充電。
[0011]參照圖1和圖2描述使用MOSFET作為開關(guān)裝置的典型電池反向保護(hù)裝置。
[0012]參照圖1，圖1示出了使用P溝道MOSFET的電池反向保護(hù)裝置。
[0013]在圖1示出的電路中，當(dāng)電池正常連接至電路時(shí)，流經(jīng)MOSFET內(nèi)部的二極管的電流給LDC的輸出電容器充電。
[0014]當(dāng)給LDC的輸出電容器充電時(shí)，電流流經(jīng)LDC，且相應(yīng)地該電流流經(jīng)電池反向保護(hù)裝置。然后電壓被施加至MOSFET的柵極。
[0015]隨著給MOSFET的柵極施加電壓，P溝道形成，電流流經(jīng)所形成的P溝道，且流經(jīng)二極管的電流在流經(jīng)MOSFET的溝道時(shí)給電池充電。
[0016]相反地，當(dāng)電池被反接時(shí)，電流不流經(jīng)MOSFET內(nèi)部的二極管且不給LDC的輸出電容器充電。于是電壓未被施加至MOSFET的柵極且電流不流動(dòng)。
[0017]圖2示出了使用η溝道MOSFET的電池反向保護(hù)裝置。
[0018]在圖2示出的電路中，當(dāng)電池被正常連接至電路時(shí)，流經(jīng)MOSFET內(nèi)部的二極管的電流給LDC的輸出電容器充電。
[0019]當(dāng)給LDC的輸出電容器充電時(shí)，電流流經(jīng)LDC且相應(yīng)地該電流流經(jīng)電池反向保護(hù)裝置。然后電壓被施加至MOSFET的柵極。
[0020]當(dāng)電壓被施加至MOSFET的柵極時(shí)，形成η溝道，電流流經(jīng)所形成的η溝道，且流經(jīng)二極管的電流流經(jīng)MOSFET的溝道并給電池充電。
[0021]相反地，當(dāng)電池被反接時(shí)，電流不流經(jīng)MOSFET內(nèi)部的二極管且不給LDC的輸出電容器充電。于是電壓未被施加至MOSFET的柵極且電流不流動(dòng)。
[0022]這樣，盡管MOSFET的種類不同但基本操作相同，所以圖1和圖2中的電池反向保護(hù)裝置防止電池的反接并給電池充電。
[0023]如上所述，使用MOSFET作為開關(guān)裝置的現(xiàn)有技術(shù)采用電流流經(jīng)供電電路且電池的電壓被施加至MOSFET的柵極的方案。
[0024]因此，MOSFET的柵極電壓由所連接的電池的電壓來確定且MOSFET的柵極電壓受到電池的電壓變化的影響。
[0025]當(dāng)所連接的電池充滿電時(shí)，正常電壓被施加至MOSFET的柵極。當(dāng)電池的電壓因電池放電或由于低溫造成的冷啟動(dòng)現(xiàn)象而降低時(shí)，MOSFET的柵極電壓也降低。
[0026]當(dāng)MOSFET的柵極電壓降低時(shí)，MOSFET在正常的操作范圍內(nèi)不進(jìn)行操作，且MOSFET的漏極和源極之間的電阻值(Rds)變大并且流經(jīng)MOSFET的電流損耗也變大。
[0027]另外，當(dāng)電池電壓降低時(shí)，電流不會正常地流經(jīng)電池反向保護(hù)裝置并且電池反向保護(hù)裝置工作不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]實(shí)施例提供了一種能夠同時(shí)執(zhí)行電池充電操作和防反接操作的電池反向保護(hù)裝置。
[0029]實(shí)施例還提供了一種能夠給電池穩(wěn)定地充電而不受所連接的電池的電壓幅值變化影響的電池反向保護(hù)裝置。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，一種電池反向保護(hù)裝置，包括:信號產(chǎn)生單元，其測量電池的電壓，并且，當(dāng)所測得的電壓不小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，產(chǎn)生電信號；信號轉(zhuǎn)換單元，其將所產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換成DC電壓；以及開關(guān)單元，當(dāng)接收到轉(zhuǎn)換后的DC電壓時(shí)，所述開關(guān)單元進(jìn)行切換以允許電流在電池和轉(zhuǎn)換器之間流動(dòng)。
[0031]所述電信號可以為用于切換所述開關(guān)單元以允許電流流經(jīng)所述電池的操作信號。
[0032]所述信號轉(zhuǎn)換單元可以將所接收到的電信號轉(zhuǎn)換成恒定幅值的DC電壓。
[0033]所述基準(zhǔn)電壓可以為當(dāng)電池被正常連接至電池反向保護(hù)裝置時(shí)在可測量范圍內(nèi)的電壓。
[0034]所述開關(guān)單元可以包括場效應(yīng)晶體管(FET)，并且所述信號轉(zhuǎn)換單元可以傳送轉(zhuǎn)換后的DC電壓至FET的柵極端子。
[0035]所述信號轉(zhuǎn)換單元可以包括中心抽頭的全波整流電路。
[0036]所述轉(zhuǎn)換器可以包括低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0037]所述電信號可以為脈沖寬度調(diào)制信號。
[0038]在另一實(shí)施例中，一種電池反向保護(hù)裝置的操作方法，包括:測量電池的電壓；比較所測得的電池的電壓與基準(zhǔn)電壓；基于比較的結(jié)果產(chǎn)生電信號；以及基于電信號執(zhí)行電池和給電池充電的轉(zhuǎn)換器之間的連接操作。
[0039]所述電信號的產(chǎn)生包括:當(dāng)所測得的電池的電壓不小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，產(chǎn)生連接電池和轉(zhuǎn)換器的電信號。
[0040]所述連接操作的執(zhí)行可以包括:將所述電信號轉(zhuǎn)換成DC電壓；以及基于轉(zhuǎn)換后的DC電壓執(zhí)行連接電池和轉(zhuǎn)換器的切換操作。
[0041]所述電信號的產(chǎn)生可以包括:當(dāng)所測得的電池的電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，產(chǎn)生用于使電池和轉(zhuǎn)換器斷開連接的電信號。
[0042]切換操作的執(zhí)行可以包括:基于用于斷開連接的電信號而執(zhí)行使電池和轉(zhuǎn)換器斷開連接的切換操作。
[0043]在下面的附圖和說明中闡明了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。從說明書和附圖以及從權(quán)利要求書中，其他特征將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0044]圖1示出了使用P溝道MOSFET的典型電池反向保護(hù)裝置。
[0045]圖2示出了使用η溝道MOSFET的典型電池反向保護(hù)裝置。
[0046]圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的電池反向保護(hù)裝置的連接結(jié)構(gòu)。
[0047]圖4是根據(jù)實(shí)施例的電池反向保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0048]圖5是用于說明根據(jù)實(shí)施例的電池反向保護(hù)方法的流程圖。
[0049]圖6是根據(jù)實(shí)施例的電池反向保護(hù)裝置的示例性連接結(jié)構(gòu)。
[0050]圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的PWM信號的轉(zhuǎn)換。
[0051]圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的通過施加轉(zhuǎn)換后的DC電壓的開關(guān)操作。
【具體實(shí)施方式】
[0052]現(xiàn)在將詳細(xì)參照本公開的實(shí)施例，附圖中示出了本公開的實(shí)施例的示例。
[0053]將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施例的電池反向保護(hù)裝置及其操作方法。然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來體現(xiàn)且不應(yīng)該被解釋為限于在本文中所闡述的實(shí)施例；而是，通過添加、改變和變化能夠很容易地得出包含在其他退步發(fā)明中或落入本公開的精神和范圍內(nèi)的替代實(shí)施例，并且這些替代實(shí)施例將充分地傳達(dá)本發(fā)明的構(gòu)思給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在說明書中，將省去關(guān)于與本發(fā)明無關(guān)的部分的描述或圖。在整個(gè)說明書中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。
[0054]另外，應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，在本文中所使用的術(shù)語“包括(comprises)”和/或“包括(comprising) ”表示存在所述的特征或部件，但不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征或部件。
[0055]圖3示出了電池反向保護(hù)裝置100的連接結(jié)構(gòu)。
[0056]電池反向保護(hù)裝置100連接至電池200和低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器(LDC) 300。
[0057]因此，電池反向保護(hù)裝置100可以在電池200和LDC 300之間同時(shí)執(zhí)行電池充電操作和防反接操作。
[0058]在下文中，參照圖4提供關(guān)于電池反向保護(hù)裝置100的結(jié)構(gòu)的描述。
[0059]圖4是電池反向保護(hù)裝置100的結(jié)構(gòu)框圖。
[0060]電池反向保護(hù)裝置100包括信號產(chǎn)生單元110、信號轉(zhuǎn)換單元120和開關(guān)單元130。
[0061]信號產(chǎn)生單元110測量所連接的電池200的電壓，并且當(dāng)電池200的電壓不小于基準(zhǔn)電壓時(shí)產(chǎn)生電信號。
[0062]電信號是用于切換后面將描述的開關(guān)單元130以便于允許電流流經(jīng)電池200的操作信號。
[0063]另外，電信號可以是脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號。
[0064]PWM是用于將易被噪聲破壞的模擬信號轉(zhuǎn)換成抗噪聲的數(shù)字信號的方案之一。
[0065]PWM信號和通過PWM的控制方案是公知的技術(shù)，將省略關(guān)于它們的詳細(xì)描述。
[0066]當(dāng)所測得的電池200的電壓不小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，信號產(chǎn)生單元110可以產(chǎn)生恒定的電信號。
[0067]因此，當(dāng)所測得的電池200的電壓不小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，信號產(chǎn)生單元110可以產(chǎn)生恒定的電信號且不受到所測得的電池電壓值的變化的影響。
[0068]由信號產(chǎn)生單元110所產(chǎn)生的電信號被傳送至信號轉(zhuǎn)換單元120。
[0069]此外，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)諸如所連接的電池200的規(guī)格以及用于電池反接的確定方案等各種情況來設(shè)定基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)電池200被正常連接時(shí)，可以根據(jù)使用者的選擇或設(shè)計(jì)者的選擇在可測量的范圍內(nèi)采用各種方式來選擇基準(zhǔn)電壓。
[0070]信號轉(zhuǎn)換單元120接收由信號產(chǎn)生單元110所產(chǎn)生的電信號并將其轉(zhuǎn)換成DC電壓。
[0071]信號轉(zhuǎn)換單元120可以輸出與輸入電信號相對應(yīng)的恒定DC電壓。
[0072]信號轉(zhuǎn)換單元120可以包括中心抽頭的全波整流電路并將輸入電信號轉(zhuǎn)換成恒定幅值的DC電壓。
[0073]這里，中心抽頭的全波整流電路是已經(jīng)眾所周知的將AC轉(zhuǎn)換成DC的電路。因此，將省略關(guān)于其的詳細(xì)描述。
[0074]信號轉(zhuǎn)換單元120傳送轉(zhuǎn)換后的DC電壓至開關(guān)單元130。
[0075]開關(guān)單元130可以接收由信號轉(zhuǎn)換單元120所轉(zhuǎn)換的DC電壓并切換為允許電流在所連接的電池200和轉(zhuǎn)換器300之間流動(dòng)。
[0076]因?yàn)殚_關(guān)單元130包括FET，所以信號轉(zhuǎn)換單元120可以傳送轉(zhuǎn)換后的DC電流至FET的柵極端子。
[0077]這里，轉(zhuǎn)換器300是轉(zhuǎn)換信號類型或能量類型的裝置，且指的是執(zhí)行AC和DC之間的轉(zhuǎn)換、AC頻率的相互轉(zhuǎn)換或恒定值轉(zhuǎn)換的裝置。
[0078]另外，轉(zhuǎn)換器300可以包括LDC。
[0079]開關(guān)單元130可以被布置在電池200和轉(zhuǎn)換器300之間。
[0080]當(dāng)開關(guān)單元130接收到在切換操作范圍內(nèi)的DC電壓時(shí)，其可以執(zhí)行切換操作以允許電流在與其連接的電池200和轉(zhuǎn)換器300之間流動(dòng)。
[0081]因