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继电器驱动保护电路(上)

放大字体??缩小字体 发布日期:2019-05-06 09:00:09 ??来源:新能源汽车网??编辑:全球新能源汽车网??浏览次数:230
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本周事情有点多,赶到一起了,可能只有这一篇。

BMS里面的控制器,其中一个主要功能就是驱动外部的高压继电器;下图(来源于松下官网)中标识出了汽车内部功率回路中的继电器位置,这些继电器都需要控制信号来驱动。

其实关于继电器与接触器的区别有点模糊,总的来讲,似乎应用在大功率场合的叫接触器,小功率场合的叫继电器,而生活中怎么叫的都有,关于二者详细的区别这里不展开讨论,下图是从TE官网上面找到一段解释;本文为了统一语言,都叫做继电器。

BMS里面涉及到的继电器,是应用于高压、大电流的场景;它属于直流电磁继电器,输入电路中的控制电流为直流;一般由铁芯、线圈、金属触点、弹簧等组成,可参照下图(来源于松下官网)。继电器这一块里面有好多事,后面一定要好好总结一下。

电磁继电器的工作原理如下图(画了半天,凑合着看吧):当线圈中没有电流时,连接片与触点之间是不接触的,此时继电器的两个触点为断开状态;当线圈中流过驱动电流后,线圈与铁芯就等效成为了电磁铁,然后它对铁片有吸引力作用,由于铁片是固定不动的,而铁芯可以上下移动,所以当吸引力大于弹簧的拉力后,铁芯向上移动,进而连接片与触点接触,继电器呈导通状态。

驱动保护电路包括对线圈、触点的保护,本文主要讨论对线圈的驱动保护电路。

驱动电路有很多种驱动方式(如下图),而BMS里面的继电器线圈常用的驱动方式是高边驱动(HSD,图a),低边驱动(LSD,图b),还有就是二者同时使用(图e)。可以简单理解为,高边驱动是把开关放在电源处,而低边驱动是把开关放到GND处。

目前高边驱动与低边驱动电路里面,越来越多地选取集成的MOSFET驱动器做开关;它们的优点是控制简单,电路实现简洁,并提供丰富的诊断接口;举一个例子(如下图),例如ST公司的高边驱动芯片,里面集成了丰富的保护与诊断功能,可供用户使用。

下面来看一下用高、低边电路驱动线圈时的情况,下面是一个高边驱动电路,R为线圈的等效电阻,L为线圈等效电感;当PMOS导通后,线圈中的电流以指数规律增长,直至电流达到Vbat/R。

而当PMOS从导通状态断开,在断开瞬间,因为电感的电流不能突变,根据电磁感应定律,线圈上会产生一个反向的感应电动势,以抵抗电流的减小,它会叠加在PMOS管的DS两端,如果超出其最大可承受电压,就会损坏PMOS管。所以我们需要在输出端增加钳位电路(如下图中的TVS管),保护MOS管。

同理,低边驱动电路情况与此类似。

总结:

这一章先简单理顺整个继电器驱动电路的逻辑关系,介绍一下主要概念等,下一篇详细总结一下保护电路机理与计算方法;沉下心来学习,收获很大。

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