一种开关电源的检测电路的制作方法

本发明涉及电池管理技术领域，更具体地说，涉及一种开关电源的检测电路。

背景技术：

在储能需求较大的大型电池系统中，单体电池的电压和容量难以满足要求，常常需要将多个单体电池通过一定的串并联方式组合成电池组以供大型系统使用。但是，由于生产环境、工艺参数、原材料等都难以做到完全一致，每个生产出来的单体电池都会存在差异，并且由于使用环境的差别，单体电池之间的差异会随着时间延长而扩大。

为了减少电池组在使用过程中的不一致问题，需要给电池增加均衡电路，通常通过主动或被动均衡电路给电池组中的单体电池进行均衡(如图1所示)。在电动汽车、储能电站等应用场合，由于使用的都是大容量电池，被动均衡方式难以胜任，一般采用主动均衡方式进行均衡，如通过dc-dc开关电源作为主动均衡电路进行均衡。但在电池组中，电池串数很多，需要用到多个主动均衡电路，而当某个均衡电路失效，会导致相应的单个电池被过充或过放，从而引起整体电池组的安全问题。因此，需要对均衡电路进行检测。

现有技术对于主动均衡电路的检测，常采样均衡电路的输出信号，如图2所示，检测电阻rx采样dc-dc均衡电路的输出电流信息，并将采样信号传输给上位单片机(mcu)，单片机将测量的电压值与给定的预设值比较，当输出电压的测量值与预设值之间的误差在设定范围内则认为均衡电路正常；若超出设定范围，则认为均衡异常。

上述均衡电路检测方式，一个检测电路需要对应一个ad接口，对mcu的ad资源要求高；并且需要采样电阻等功耗较大的器件；此外，各个主动均衡模块的参考地都不同，需要隔离电路，因此每个主动均衡模块的检测都需要检测电路、隔离供电、模拟或数字信号隔离电路组成，系统复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种开关电源的检测电路，所述检测电路通过接收表征开关电源的工作状态的开关点信号，以产生与开关电源工作状态关联的输出电压信号，上位控制机根据输出电压信号与预设信号的电平状态匹配以判断所述开关电源是否失效。

依据本发明的开关电源的检测电路，包括：开关电路，与所述开关电源连接，所述开关电路接收所述开关电源的开关点信号，根据所述开关点信号的电平状态以导通或关闭；充放电电路，与所述开关电路连接，所述充放电电路根据所述开关电路的开关状态进行充放电动作，并产生输出信号，所述充放电电路将所述输出信号传输给上位控制机，所述上位控制机接收所述输出信号，并将所述输出信号的状态与预设的电平信号状态进行匹配以判断所述开关电源是否失效。

优选地，所述开关电路与所述开关电源中的开关节点连接以获取所述开关点信号，

所述开关点信号根据所述开关电源的工作状态包括三种电平状态：

当所述开关电源工作时，所述开关点信号为高电平或低电平状态，

当所述开关电源不工作时，所述开关点信号为零电平状态。

优选地，所述充放电电路包括第一充电电容，第一充电电阻、第二放电电阻，

所述第一充电电阻的第一端接一电压源，第二端与所述第一充电电容串联后接地，

所述第二放电电阻的第一端连接所述开关电路，第二端连接至所述第一充电电阻与所述第一充电电容的公共连接点，

所述第一充电电容的电压信号作为所述充放电电路的输出信号。

优选地，所述第一充电电阻的阻值大于所述第二放电电阻的阻值。

优选地，所述充放电电路包括第一充电电容，第一充电电阻、第二放电电阻，所述第二放电电阻与所述第一充电电容并联连接，所述第一充电电阻的第一端连接所述开关电路，第二端连接至所述第二放电电阻与所述第一充电电容的第一并联端，

所述第二放电电阻与所述第一充电电容的第一并联端的信号作为所述充放电电路的输出信号，第二并联端接地。

优选地，所述第二放电电阻的阻值大于所述第一充电的阻值。

优选地，所述充放电电路还包括稳压二极管，

所述稳压二极管与所述第二放电电阻并联连接，所述稳压二极管的阴极连接所述第二放电电阻与所述第一充电电容的第一并联端，阳极接地。

优选地，所述开关电路包括第一二极管，

所述第一二极管的阴极与所述开关电源连接，阳极与所述充放电电路连接。

优选地，所述开关电路包括第一二极管和第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述开关电源连接，阳极与所述第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极连接所述充放电电路。

优选地，所述开关电路包括第一开关管和第二开关管，

所述第一开关管的控制端通过第三电阻连接到所述开关电源，所述第一开关管的第一功率端接收一母线电压信号，第二功率端通过串联连接的第四电阻和第五电阻连接到地，

所述第二开关管的控制端连接至所述第四电阻和第五电阻的公共连接点，第一功率端连接至所述充放电电路，第二功率端连接到地。

优选地，所述开关电路包括光耦电路，

所述光耦电路第一输入端接收一母线电压信号，第二输入端通过第六电阻连接到所述开关电源，

所述光耦电路的第一输出端连至所述充放电电路，第二输出端接地。

优选地，所述开关电源为用于电池组中的直流-直流电压均衡电路。

综上所述，依据本发明开关电源的检测电路，所述检测电路通过接收表征开关电源的工作状态的开关点信号，开关电路根据所述开关点信号进行导通或关闭，充放电电路根据开关电路的开关状态进行充放电动作，以产生与开关电源工作状态关联的输出电压信号，上位控制机根据输出电压信号与预设信号的电平状态匹配以判断所述开关电源是否失效。通过本发明的检测电路，可以根据需求分时检测，降低对上位控制机的接口需求，且检测电路结构简单，控制逻辑可调节，适用性好。本发明的检测电路可以用于电池组的dc-dc均衡电路的失效检测，还可以应用于开关电源、模块电源等电源产品的生产测试检测。

附图说明

图1为电池组中的多路均衡电路示意图；

图2为现有均衡电路的检测电路的示意图；

图3为依据本发明开关电源的检测电路一实施例原理图；

图4为依据本发明开关电源的检测电路另一实施例原理图；

图5-1为图3中dc/dc直流电压均衡电路的一种具体实施方式电路图；

图5-2为图3中dc/dc直流电压均衡电路的开关点信号的示意图；

图6-1为依据本发明的开关电路第一实施方式的一电路图；

图6-2为依据本发明的开关电路第一实施方式的另一电路图；

图7为依据本发明的开关电路第二实施方式的电路图；

图8为依据本发明的开关电路第三实施方式的电路图；

具体实施方式

以下将结合附图说明本发明的一些优选实施例,并对本发发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但是，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请中的第一端、第二端、第一功率端、第二功率端等中的第一、第二仅为方便描述本发明内容，不作限定使用。

参考图3为依据本发明的开关电源的检测电路第一实施例原理图，本实施例中开关电源以dc-dc直流电压均衡电路为例，图5-1为dc-dc直流电压均衡电路的一种具体实施方式，图5-1中以buck降压电路为例，但不限于此，dc-dc直流电压均衡电路还可以为boost升压开关电路、正激式开关电源、反激式开关电源等具备电压转换功能的开关式电路。

如图3所示，检测电路包括开关电路1，开关电路1与所述dc-dc电压均衡电路连接，开关电路1与buck降压电路中的开关节点sw连接以获取所述开关点信号sw，并根据所述开关点信号的电平状态进行导通或关闭动作。根据buck开关电路的工作原理，这里，开关s1与开关s2的控制信号为逻辑相反，所述开关点信号sw根据所述buck电路的工作状态包括三种电平状态：当所述buck电路工作时，所述开关点信号sw为高电平或低电平状态，当所述buck电路不工作时，所述开关点信号sw为零电平状态，具体示意图如5-2所示。

同样的，在其他开关电源电路中，可选取合适的开关节点，以使开关点信号sw随着开关电源的工作状态呈上述三种电平状态，在这里不作一一举例阐述。

进一步，充放电电路与所述开关电路1连接，所述充放电电路根据所述开关电路的开关状态进行充放电动作，并产生输出信号，所述充放电电路将所述输出信号传输给上位控制机，所述上位控制机接收所述输出信号，并将所述输出信号的状态与预设的电平信号状态进行匹配以判断所述开关电源是否失效。

下面结合图3的充放电电路和图6-1的开关电路具体实施方式阐述输出信号产生过程：如图6-1所示，所述开关电路包括第一二极管d1，所述充放电电路包括第一充电电容c1，第一充电电阻r1、第二放电电阻r2，所述第一充电电阻r1的第一端接一电压源vcc，第二端与所述第一充电电容c1串联后接地，

所述第二放电电阻r2的第一端连接所述第一二极管d1的阳极，第二端连接至所述第一充电电阻r1与所述第一充电电容c1的公共连接点，所述第一充电电容的电压信号作为所述充放电电路的输出信号sw_o。第一二极管d1的阴极连接dc-dc开关电源的开关节点。这里，所述第一充电电阻r1的阻值大于所述第二放电电阻r2的阻值，进一步的，所述第一充电电阻r1的阻值远大于所述第二放电电阻r2的阻值，如第一充电电阻r1的阻值为所述第二放电电阻r2的阻值的至少10倍。

这里，外部电压源vcc的大小设置为：当第一二极管d1的阴极接收的开关点信号sw为零电平或高电平时(这里，开关点信号sw在零电平时的电压值大于vcc的电压值)，二极管d1关断；当所述第一二极管d1的阴极接收的开关点信号为低电平时，二极管d1导通。

这样，当开关点信号sw为零电平或高电平时，二极管d1关断，电压源vcc通过第一充电电阻r1给第一充电电容c1充电；当开关点信号sw为低电平时，二极管d1导通，第一充电电容c1通过第一放电电阻r2放电。从而，在dc-dc开关电源电路不工作时，开关点信号sw信号为零电平，第一充电电容c1充电，经过一段时间后，输出信号sw_o为高电平状态(如“1”)；在dc-dc开关电源电路工作时，开关点信号sw在高、低电平之间切换，但是由于第一充电电阻r1的阻值远大于所述第二放电电阻r2的阻值，则第一充电电容c1的充电时间常数远大于放电时间常数，输出信号sw_o为低电平状态(如“0”)。从上述可看出，输出信号sw_o的高低电平状态与所述dc-dc开关电源的工作状态相关联。

之后，所述充放电电路将所述输出信号sw_o传输给上位控制机(mcu)，如单片机，本领域技术人员可知，上位控制机还可以为：dsp、cpu、cpld等具有运算能力的集成电路，也可以为具有逻辑电平输入的其他门限电路，如比较器等。上位控制机接收所述输出信号sw_o，并将所述输出信号的状态与预设的电平信号状态进行匹配以判断所述开关电源是否失效，具体为：上位控制机预先储存与dc-dc开关电源工作状态关联的电平信号，如开关电源在工作状态时，预设电平信号为低电平状态(如“0”)，开关电源在非工作状态时，所述预设电平信号为高电平状态(如“1”)，在本实施例中，开关电源的使能信号也通过上位控制机控制，如上位控制机通过使能信号控制开关电源处于工作状态或非工作状态。上位控制机接收充放电电路的输出信号sw_o，如果输出信号sw_o的电平状态与所述预设电平信号的电平状态在开关电源工作或非工作状态下均相符，则表征所述dc-dc开关电源正常，如果输出信号sw_o的电平状态与所述预设电平信号的电平状态在开关电源工作或非工作状态下不相符，则表征所述dc-dc开关电源失效。

如此，通过上述的检测电路，上位控制机只需通过输出电压sw_o的电平状态即可获知dc-dc均衡电路是否正常，检测方式简单，易于控制。上述的检测电路可用于电池组中的均衡电路自检，当输出信号sw_o的电平状态与所述预设电平信号的电平状态在开关电源工作或非工作状态下不相符，则上位控制机可发出警示信号，提高电池组使用的安全性。

进一步地，参见图6-2依据本发明的开关电路第一实施方式的另一电路图，在该实施方式中，电池组中包括多路dc-dc均衡电路，且并联设置，对应的开关电路(如二极管)也为多个，且并联设置，如此，在需要进行均衡电路检测时，可以逐一分时检测，如上位控制机从第一个dc-dc均衡电路依次往下使能，则对应检测电路中的开关电路依次开通或断开，mcu只需要一个i/o接口，可实现多路dc-dc均衡电路的检测。该种检测方式可大大减轻mcu的接口需求，优化上位机的接口设计。

由于dc-dc开关电源工作时，开关点信号sw有三个逻辑电平。因此也可以利用高电平来实现检测，下面结合图4的充放电电路、图5-1所示的均衡电路实施方式进行阐述，开关电路1如图4所示，所示开关电路包括第一二极管d1和第二二极管d2，第二二极管d2可为稳压二极管管或者是瞬态抑制二极管(tvs)，充放电电路包括所述充放电电路包括第一充电电容c1，第一充电电阻r1、第二放电电阻r2，所述第二放电电阻r2与所述第一充电电容c1并联连接，所述第一充电电阻r1的第一端连接所述第一二极管的阴极，第二端连接至所述第二放电电阻r2与所述第一充电电容c1的第一并联端，所述第二放电电阻r2与所述第一充电电容c1的第一并联端的信号作为所述充放电电路的输出信号，第二并联端接地。第一二极管d1的阳极连接所述第二二极管d2的阳极，第二二极管d2的阴极连接所述dc-dc开关电源，本实施例中，所述第二放电电阻r2的阻值大于所述第一充电电阻r1的阻值，更进一步地，所述第二放电电阻r2的阻值远大于所述第一充电电阻r1的阻值，如所述第二放电电阻r2的阻值为所述第一充电电阻r1的阻值的至少10倍。

下面阐述本实施例中充放电电路的输出信号与dc-dc开关电源的工作状态的关联：dc-dc开关电源在非工作状态时，所述开关点信号sw为零电平，所述dc-dc开关电源在工作状态时，所述开关点信号sw为低电平或高电平。本实施例中，当所述开关点信号sw为高电平时，第二二极管d2(如稳压管或tvs管)导通；且所述开关点信号sw为零电平或低电平时(这里，开关点信号sw在零电平的电压值小于稳压管或tvs管的导通电压，)，所述第一二极管d1和第二二极管串联的支路关断。

从而，在dc-dc开关电源电路不工作时，开关点信号sw信号为零电平，第一充电电容c1不被充电，输出信号sw_o为低电平状态；在dc-dc开关电源电路工作时，开关点信号sw在高、低电平之间切换，但是由于第一充电电阻r1的阻值远小于所述第二放电电阻r2的阻值，则第一充电电容c1的充电时间常数远小于放电时间常数，输出信号sw_o为高电平状态。从上述可看出，输出信号sw_o的高低电平状态与所述dc-dc开关电源的工作状态相关联。

之后，所述充放电电路将所述输出信号sw_o传输给上位控制机(mcu)，上位控制机接收所述输出信号sw_o，并将所述输出信号的状态与预设的电平信号状态进行匹配以判断所述开关电源是否失效，上位控制机的检测原理与上一实施例的原理相类似，在此不再重复赘述。

在该实施例中，所述充放电电路还包括钳位电路，本实施例中钳位电路为钳位二极管z1，所述钳位二极管z1与所述第二放电电阻r2并联连接，所述钳位二极管z1对充放电电路的输出电压信号进行钳位，以防止开关电源的开关点信号sw较大，导致输出电压信号sw_o较大，超过上位控制机的输入端口的耐受电压，通过钳位电路的钳位，可以保护上位机不受损害。

参考图7为依据本发明的开关电路第二实施方式的电路图，结合图7和图5-1，在该实施例中，所述开关电路1包括所述开关电路包括第一开关管q1和第二开关管q2，所述第一开关管q1的控制端通过第三电阻r3连接到所述开关电源(如dc/dc开关电源)，所述第一开关管的第一功率端接收一母线电压信号vbus，第二功率端通过串联连接的第四电阻r4和第五电阻r5连接到地，所述第二开关管q2的控制端连接至所述第四电阻r4和第五电阻r5的公共连接点，第一功率端连接至所述充放电电路，第二功率端连接到地。本实施例中，该母线电压信号vbus为dc/dc开关电源母线电路上电压，如图5-1所示，所述母线电压信号vbus为buck开关电路中的输出电压，但不限于此，在其他开关电源中母线电压信号vbus可为其他节点电压信号。

本实施例中，第一开关管q1以pnp型三极管为例，第二开关管q2以n型场效应管为例，与图6-1所示实施例类似，当所述dc-dc开关电源电路工作时，所述开关点信号sw为高电平或低电平状态，当所述dc-dc开关电源电路不工作时，所述开关点信号sw为零电平状态。本实施例中，当所述开关点信号sw在零电平或高电平时，第一开关管q1关闭，当所述开关点信号sw为低电平状态时，第一开关管q1导通，根据图7可知，第二开关管q2随第一开关管q1的关断而关断，随第一开关管q1的导通而导通。

从而，在dc-dc开关电源电路不工作时，开关点信号sw信号为零电平，第一开关管q1关断，第二开关管q2相应也关断，第一充电电容c1被充电，经过一段时间后，输出信号sw_o为高电平状态；在dc-dc开关电源电路工作时，开关点信号sw在高、低电平之间切换，但是由于第一充电电阻r1的阻值远大于所述第二放电电阻r2的阻值，则第一充电电容c1的充电时间常数远大于放电时间常数，输出信号sw_o为低电平状态。从而得到输出信号sw_o的高低电平状态与所述dc-dc开关电源的工作状态相关联。

之后，所述充放电电路将所述输出信号sw_o传输给上位控制机(mcu)，上位控制机接收输出信号sw_o与预设的电平信号状态进行匹配以判断dc-dc开关电源是否失效，具体过程与图6-1实施例相似，在此不再赘述。本实施例中通过开关管进行开关动作的控制，适用场合好，能够对开关电源进行很好的失效检测。

图8为依据本发明的开关电路第三实施方式的电路图；结合图8和图5-1，在该实施例中，所述开关电路1包括光耦电路o1，所述光耦电路第一输入端接收一母线电压信号vbus(同样的，母线电压信号vbus如图5-1中所示)，第二输入端通过第六电阻r6连接到所述dc-dc开关电源，所述光耦电路的第一输出端连至所述第二放电电阻r2，第二输出端接地。

与图6-1所示实施例类似，当所述dc-dc开关电源电路工作时，所述开关点信号sw为高电平或低电平状态，当所述dc-dc开关电源电路不工作时，所述开关点信号sw为零电平状态。从而，在dc-dc开关电源电路不工作时，开关点信号sw信号为零电平，光耦电路不能导通，第一充电电容c1充电，经过一段时间后，输出信号sw_o为高电平状态；在dc-dc开关电源电路工作时，开关点信号sw在高、低电平之间切换，光耦电路在开关点信号sw为高电平时关断，在开关点信号sw为低电平时导通，由于第二放电电阻r2的阻值远大于所述第一充电电阻r1的阻值，则第一充电电容c1的放电时间常数远大于充电时间常数，最后输出信号sw_o为低电平状态。由此，该检测电路的输出信号sw_o的高低电平状态与所述dc-dc开关电源的工作状态相关联。上位控制机接收输出信号sw_o，之后的控制过程与图6-1实施例的过程均相同，在此不再赘述，

因此，本实施例通过光耦电路同样能够实现对dc-dc均衡电路的失效检测，并且，本实施例中，通过光耦电路的设置，可以使得均衡电路能够应用在电池组浮地场合，无需隔离供电，也无需使用数字隔离器、隔离运放等昂贵元件，系统架构简单，成本低。

综上，本发明的开关电源的检测电路，利用开关电源开关节点的电平状态，根据电平状态进行电压检测以获得与开关电源的工作状态相关联的输出电压信号，上位控制机只需要将该输出电压信号与预设的电压信号状态进行匹配，以此可判断该开关电源是否失效。通过本发明的检测电路，可以根据需求逐一分时检测，降低对上位控制机的接口需求，且检测电路结构简单，控制逻辑可调节，适用性好。本发明的检测电路可以用于电池组的dc-dc均衡电路的失效检测，还可以应用于开关电源、模块电源等电源产品的生产测试检测。

以上对依据本发明的优选实施例的开关电源的检测电路进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。