[發明專利]一種串聯半橋柵極驅動模塊

在審

• 申請號: 202210256554.2
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114465326A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 任寓琦
• 申請（專利權）人: 任寓琦
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M1/088
• 代理公司: 廣州海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 莫成龍

本發明公開了一種串聯半橋柵極驅動模塊，涉及電子技術，解決了通過柵極驅動變壓器來實現的驅動方案具有電路體積大的技術問題。它包括多個與電池單體Bn一一對應連接的半橋單元；所述半橋單元主要由場效應管Qn1和場效應管Qn2組成；還包括柵極驅動單元；所述柵極驅動單元設有一用于同時驅動所有場效應管Qn1的第一驅動端和用于同時驅動所有場效應管Qn2的第二驅動端；所述場效應管Qn2的柵極通過電容Cn2與柵極驅動單元的第二驅動端連接，所述場效應管Qn1的柵極通過電容Cn1與柵極驅動單元的第一驅動端連接。本發明旨在提供一種體積小，成本低，驅動簡便的串聯半橋柵極驅動方案。

技術領域

本發明涉及電子技術，更具體地說，它涉及一種串聯半橋柵極驅動模塊。

背景技術

隨著新能源技術的逐漸成熟與市場推廣，從電動汽車到無人機，從電動工具到小家電，越來越多的設備采用鋰電池組供電。鋰電池通常以串聯、并聯等方式成組。由于制造工藝以及應用工況的差異，電池單體間會存在電壓、容量、內阻、自放電率等特性的不一致，這種不一致性會隨循環次數增加而加大，進而加速電池老化和性能衰減，甚至產生熱失控風險。目前普遍采用均衡技術來改善電池單體間的不一致性、提升電池組可用充放電容量并延長電池壽命，以改善電池成組后的性能及安全特性，其中部分技術已得到應用。均衡硬件受體積、成本及可靠性等約束，集成于電氣系統時，還需滿足體積小、成本低、均衡速度快、可靠性高等性能要求。

均衡技術可簡單分為主動均衡與被動均衡。由于主動均衡與被動均衡相比具有效率高等優點，該技術成了電池管理系統發展的一大趨勢，涌現出多種主動均衡架構，如開關電容式(Conventional SC equalizer)、角接電容式(Delta-structured SC equalizer)、準諧振式(Quasi-resonant equalizer)等架構。將這幾種架構進行提煉，可以得到其共有的一個單體間開關結構，而這種開關結構可以通過由兩個場效應管組成的半橋結構來實現。

一般場效應管的導通是在其柵極施加一個相對于源極約4.5-10V的信號，而在半橋結構中，上管源極和下管漏極的連接點也就是相線，本身就是浮動的，因而需要柵極驅動電路。又因為電池串里每個單體的電壓相對于整個電池串的負極都是不同的，而且在多串數的電池組中，位于正極附近的單體電池對應的場效應管的柵極驅動電壓相對于電池組負極的電壓差甚至超過了電池組本身的電壓，驅動起來更加困難，因此更需要對此有針對性的驅動電路來加以解決。

目前市面上的主動均衡板主要采用多電感式或串并聯電容式架構。其中，多電感式往往采用基于ETA3000芯片的方案。其能檢測并比較相鄰兩單體電壓并對此進行均衡。但受到電壓比較的精度限制，在多串聯數的電池組中即使均衡完成，頭尾兩單體電壓也可能存在很大差異。串并聯電容式由于其均衡電流值由電壓差及系統內阻決定，可以達到較大均衡電流。但由于采用了4倍于電池串數的開關器件，其成本往往較高，驅動則更加困難。

雖然，串并聯電容式、多電感式的架構各有各的優勢，但制約其應用的主要原因之一是其串聯半橋中如上所述的場效應管柵極驅動問題。為解決這一問題，有研究人員提出通過柵極驅動變壓器(GDT)來實現。然而這種方案具有較大的體積，實際應用存在一定的困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，旨在提供一種體積小，成本低，驅動簡便的串聯半橋柵極驅動方案。

本發明所述的一種串聯半橋柵極驅動模塊，包括柵極驅動單元；所述柵極驅動單元設有一用于同時驅動N個半橋結構中的場效應管Qn1的第一驅動端和用于同時驅動N個半橋結構中的場效應管Qn2的第二驅動端；

所述場效應管Qn2的柵極通過電容Cn2與柵極驅動單元的第二驅動端連接，所述電容Cn2與場效應管Qn2的等效柵源電容構成第一串聯電容結構，以使所述第二驅動端輸出驅動信號時，所述電容Cn2以及場效應管Qn2的等效柵源電容均獲得分壓，且在所述電容Cn2與場效應管Qn2柵極連接的一端獲得能使場效應管Qn2導通的電荷量后，所述場效應管Qn2導通；