(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 212515445 U(45)授权公告日 2021.02.09
(21)申请号 202021798284.0(22)申请日 2020.08.25
(73)专利权人 福建飞毛腿动力科技有限公司
地址 350015 福建省福州市马尾区江滨东
大道98号6层（自贸试验区内）(72)发明人 杨麒麟 俞峰 刘斌生 (74)专利代理机构 厦门龙格思汇知识产权代理
有限公司 35251
代理人 黄庆鹊(51)Int.Cl.
G05B 19/042(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
权利要求书1页 说明书4页 附图4页
(54)实用新型名称
一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路
(57)摘要
本实用新型公开了一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，包括地信号B‑、电源L3.3V、地信号B11‑、电源H3.3V，还包括若干个BMS AFE IC电路、单片机MCU，若干个BMS AFE IC电路连接单片机MCU，单片机MCU连接地信号B‑，单片机MCU还连接电源L3.3V，BMS AFE IC电路包括20串电池、1颗高边BMS AFE IC芯片、1颗低边BMS AFE IC芯片、2个IIC通讯隔离电路，本实用新型电路可以极大的降低隔离IIC的电路成本，降低电路复杂度，降低电路运行功耗，提升产品使用寿命，降低电池维护费用。CN 212515445 UCN 212515445 U
权 利 要 求 书
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1.一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，包括地信号B-、电源L3.3V、地信号B11-、电源H3.3V，其特征在于，还包括若干个BMS AFE IC电路、单片机MCU(3)，所述若干个BMS AFE IC电路连接单片机MCU(3)，所述单片机MCU(3)连接地信号B-，所述单片机MCU(3)还连接电源L3.3V,所述BMS AFE IC电路包括20串电池、1颗高边BMS AFE IC芯片(1)、1颗低边BMS AFE IC芯片(2)、2个IIC通讯隔离电路，所述20串电池依次串联，所述高边BMS AFE IC芯片(1)、低边BMS AFE IC芯片(2)都与20串电池连接，所述高边BMS AFE IC芯片(1)与低边BMS AFE IC芯片(2)相连接，所述高边BMS AFE IC芯片(1)通过2个IIC通讯隔离电路与单片机MCU(3)连接，所述高边BMS AFE IC芯片(1)连接地信号B11-，所述高边BMS AFE IC芯片(1)还连接电源H3.3V,所述低边BMS AFE IC芯片(2)连接地信号B-，所述低边BMS AFE IC芯片(2)还连接电源L3.3V,所述地信号B11-相对于地信号B-为高压,所述电源H3.3V相对于电源L3.3V为高压。
2.根据权利要求1所述一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，其特征在于，所述高边BMS AFE IC芯片(1)设有H_SDA端、H_SCL端，所述单片机MCU(3)设有L_SDA端、L_SCL端。
3.根据权利要求1所述一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，其特征在于，所述IIC通讯隔离电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述电阻R1的一端连接电源H3.3V，所述电阻R1的另一端连接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的基极连接电源L3.3V，所述三极管Q1的发射极通过电阻R4连接三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极连接地信号B-，所述三极管Q2的基极通过电阻R5连接地信号B-，所述三极管Q1的集电极通过电阻R3连接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接地信号B11-，所述三极管Q3的发射极连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的集电极连接三极管Q2的基极，所述三极管Q4的发射极通过电阻R2连接电源H3.3V，所述2个IIC通讯隔离电路为第一IIC通讯隔离电路(42)、第二IIC通讯隔离电路(41)。
4.根据权利要求3所述一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，其特征在于，所述第一IIC通讯隔离电路(42)中的三极管Q2的集电极连接L_SCL端，所述三极管Q3的发射极连接H_SCL端。
5.根据权利要求3所述一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，其特征在于，所述第二IIC通讯隔离电路(41)中的三极管Q2的集电极连接L_SDA端，所述三极管Q3的发射极连接H_SDA端。
6.根据权利要求3所述一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，其特征在于，所述三极管Q1、三极管Q2都为NPN三极管，所述三极管Q3、三极管Q4都为PNP三极管。
7.根据权利要求1所述一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，其特征在于，所述BMS AFE IC电路为一个。
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一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路
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技术领域
[0001]本实用新型涉及一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路。
背景技术
[0002]锂电池超过一定的温度、电压、电流范围就有安全风险，因此需要BMS进行电压、电流、温度采集和保护。BMS AFE IC芯片是高集成度的模拟前端芯片，主要可以进行电池包每节电芯电压采集、电池包温度采集、电池包总电流采集，提供LDO 3.3V电源。同时可通过IC的通讯接口与MCU连接进行数据传输，以供MCU进行计算和保护。BMS AFE IC芯片大多采用IIC通讯接口与MCU进行通讯。目前市面上电池最多不超过16串，对应高串数产品，如20串电池必须使用2颗BMS AFE IC芯片级联才可实现BMS管理。[0003]如图1所示为当前使用的通用技术。因高边10S BMS AFE IC芯片的地为 B11-，而MCU的地B1-，相对MCU的信号高边10S AFE芯片的所有信号都是高压，因此需要将IIC信号进行通讯隔离，转移到MCU的B1-为地的信号进行通讯。隔离通讯由隔离芯片组成，因IIC的信号具有双向通讯功能，不能简单的用市面上的单向隔离通讯方案，需要使用专用隔离芯片隔离IC，同时增加隔离电源给隔离IIC芯片供电。因隔离电源功耗很高，必要使用总电源DCDC模块，以保证隔离电源的供电。隔离电源和隔离IIC芯片的成本很高，其原因是隔离芯片12元+隔离电源10元+DCDC 8元，同时电路的静态功耗也很高，影响锂电池的存储性能。实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：[0006]一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，包括地信号B-、电源 L3.3V、地信号B11-、电源H3.3V，还包括若干个BMS AFE IC电路、单片机MCU，所述若干个BMS AFE IC电路连接单片机MCU，所述单片机MCU连接地信号B-，所述单片机MCU还连接电源L3.3V,所述BMS AFE IC电路包括20串电池、1颗高边BMS AFE IC芯片、1颗低边BMS AFE IC芯片、2个IIC通讯隔离电路，所述20串电池依次串联，所述高边BMS AFE IC芯片、低边BMS AFE IC芯片都与 20串电池连接，所述高边BMS AFE IC芯片与低边BMS AFE IC芯片相连接，所述高边BMS AFE IC芯片通过2个IIC通讯隔离电路与单片机MCU连接，所述高边BMS AFE IC芯片连接地信号B11-，所述高边BMS AFE IC芯片还连接电源H3.3V, 所述低边BMS AFE IC芯片连接地信号B-，所述低边BMS AFE IC芯片还连接电源L3.3V,所述地信号B11-相对于地信号B-为高压,所述电源H3.3V相对于电源 L3.3V为高压。[0007]作为优选，高边BMS AFE IC芯片设有H_SDA端、H_SCL端，所述单片机MCU 设有L_SDA端、L_SCL端。[0008]作为优选，IIC通讯隔离电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述电阻R1的一端连接电源H3.3V，所述电阻R1的另一
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端连接三极管Q1的集电极，所述三极管 Q1的基极连接电源L3.3V，所述三极管Q1的发射极通过电阻R4连接三极管Q2 的集电极，所述三极管Q2的发射极连接地信号B-，所述三极管Q2的基极通过电阻R5连接地信号B-，所述三极管Q1的集电极通过电阻R3连接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接地信号B11-，所述三极管Q3的发射极连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的集电极连接三极管Q2的基极，所述三极管 Q4的发射极通过电阻R2连接电源H3.3V，所述2个IIC通讯隔离电路为第一 IIC通讯隔离电路、第二IIC通讯隔离电路。[0009]作为优选，第一IIC通讯隔离电路中的三极管Q2的集电极连接L_SCL端，所述三极管Q3的发射极连接H_SCL端。[0010]作为优选，第二IIC通讯隔离电路中的三极管Q2的集电极连接L_SDA端，所述三极管Q3的发射极连接H_SDA端。[0011]作为优选，三极管Q1、三极管Q2都为NPN三极管，所述三极管Q3、三极管Q4都为PNP三极管。
[0012]作为优选，BMS AFE IC电路为一个。[0013]本实用新型的有益效果如下：本实用新型电路可以极大的降低隔离IIC的电路成本，降低电路复杂度，降低电路运行功耗，提升产品使用寿命，降低电池维护费用，最终提升产品的市场竞争力，为公司带来巨大的收益。附图说明
[0014]图1为背景技术的模块连接图；[0015]图2为本实用新型的模块连接图；
[0016]图3为第一IIC通讯隔离电路的电路原理图；[0017]图4为第二IIC通讯隔离电路的电路原理图。
具体实施方式
[0018]下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：[0019]如图2所示，一种用于多颗BMS AFE IC串联的IIC隔离电路，包括地信号B-、电源L3.3V、地信号B11-、电源H3.3V，还包括一个BMS AFE IC电路、单片机MCU3，这个BMS AFE IC电路连接单片机MCU3，所述单片机MCU3连接地信号B-，所述单片机MCU3还连接电源L3.3V,所述BMS AFE IC电路包括20串电池、1颗高边BMS AFE IC芯片1、1颗低边BMS AFE IC芯片2、2个IIC通讯隔离电路，所述20串电池依次串联，20串电池为B1到B20，所述高边BMS AFE IC芯片1、低边BMS AFE IC芯片2都与20串电池连接，所述高边BMS AFE IC 芯片1与低边BMS AFE IC芯片2相连接，所述高边BMS AFE IC芯片1通过2 个IIC通讯隔离电路与单片机MCU3连接，所述高边BMS AFE IC芯片1连接地信号B11-，所述高边BMS AFE IC芯片1还连接电源H3.3V,所述低边BMS AFE IC 芯片2连接地信号B-，所述低边BMS AFE IC芯片2还连接电源L3.3V,所述地信号B11-相对于地信号B-为高压,所述电源H3.3V相对于电源L3.3V为高压。[0020]如图2所示，高边BMS AFE IC芯片1设有H_SDA端、H_SCL端，所述单片机MCU3设有L_SDA端、L_SCL端。[0021]如图3、图4所示，IIC通讯隔离电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管 Q3、三极管Q4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述电阻R1 的一端连接电源H3.3V，所述电阻
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R1的另一端连接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的基极连接电源L3.3V，所述三极管Q1的发射极通过电阻R4连接三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极连接地信号B-，所述三极管Q2的基极通过电阻R5连接地信号B-，所述三极管Q1的集电极通过电阻R3连接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接地信号B11-，所述三极管Q3的发射极连接三极管Q4的基极，所述三极管Q4的集电极连接三极管Q2的基极，所述三极管Q4的发射极通过电阻R2连接电源H3.3V，所述2个IIC通讯隔离电路为第一IIC通讯隔离电路42、第二IIC通讯隔离电路41。
[0022]如图3所示，第一IIC通讯隔离电路42中的三极管Q2的集电极连接L_SCL 端，所述三极管Q3的发射极连接H_SCL端。[0023]如图4所示，第二IIC通讯隔离电路41中的三极管Q2的集电极连接L_SDA 端，所述三极管Q3的发射极连接H_SDA端。[0024]如图3、图4所示，三极管Q1、三极管Q2都为NPN三极管，所述三极管 Q3、三极管Q4都为PNP三极管。
[0025]一个IIC通讯隔离电路可以隔离一路SDA或SCL通讯线，因此IIC通讯隔离电路有2个，BMS AFE IC都是同一颗一模一样的芯片。只是不支持那么高串数的电池，因此需要用两颗以上进行级联使用。因此就有一颗放高边，一颗放低边。低边AFE因为其地和MCU是同一个工作地，因此不需要隔离，高边的AFE 芯片的工作地为B11-，而MCU的工作地为B1-，因此需要隔离，高边AFE的所有产生的信号相对于MCU都是高压信号。[0026]如图3、图4所示，电阻R4、R2为IIC通讯上拉电阻，阻值应一致，选型范围需要在4.7k～10k范围内，以保障100k范围内的IIC正常通讯。电阻R1、 R3、R5的阻值可以选择30k～100k以保证功耗和反应速度。[0027]如图3、图4所示，H3.3V为高边BMS AFE IC芯片产生的H3.3V电源，L3.3V 为低边BMS AFE IC芯片产生的L3.3V电源。H3.3V连接到R1后,R1一端连接至R3，R3另一端连接至Q3的B极，Q3的B极连接到Q4的B极，Q3的C极连接到地信号B11-。R1的另一端连接至Q1的C极，Q1的B极连接至L3.3V电源， Q1的E极连接到R4的一端，R4另一端为连接至Q2的C极。其中Q2的C极连接至MCU的L_SCL端或L_SDA端。H3.3V电源同时连接到R2的一端，R2另一端连接到Q4的C极，Q4的B极连接到高边BMS AFE IC芯片的H_SCL端或H_SDA 端，Q4的C极连接到Q2的B极,同时连接R5的一端，R5的另一端及Q2的E 极都共同连接到地信号B-。[0028]如图3、图4所示，IIC的逻辑控制芯片都是OC门电路，因此需要外部上拉，MCU IIC的上拉由电源L3.3V经过Q1的BE二极管，然后连接R4完成上拉，同理高边BMS AFE IC芯片的信号上拉，由H3.3V连接R3，然后通过Q4的BE 二极管完成信号上拉。因为IIC是双向通讯，因此当MCU需要发信号给高边BMS AFE IC芯片时，当发送高电平时，L_SCL端或L_SDA端由L3.3V完成上拉，输出高电平，此时Q1不导通，Q1的C极等于H3.3V电压，Q3也不能导通，H_SCL 端或H_SDA端信号继续由H_3.3V上拉，因此输出高电平。从MCU到高边BMS AFE IC芯片的隔离高电平可以正常传递，功耗为0。当MCU到高边BMS AFE IC 芯片想传输低电平时，L_SCL端或L_SDA端由MCU下拉，Q1的BE二极管有压降，三极管进入放大状态Q1的CE极导通，CE极导通将Q1的C极拉低到L3.3V 电平,因为Q1拉低，导致Q3导通，H_SCL或H_SDA端被拉到B11-信号。相对高边BMS AFE IC芯片即输出了低电平，从MCU到高边BMS AFE IC芯片的隔离低电平可以正常传递。因此该专利电力从MCU的低边侧，将数据传输到高边BMS AFE IC芯片侧的通讯
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是可以正常通讯的。总线平时为高电平，功耗为0，通讯时功耗由R1、R2 R4限流。[0029]如图3、图4所示，从高边BMS AFE IC芯片向低边MCU传输信号时，高电平传输也是0功耗，总线平时为高电平，传输正常，当高边BMS AFE IC芯片需要传输低电平时，H_SCL或H_SDA端拉低，Q4导通，高压信号进入Q2的B极， Q2导通，H_SCL或H_SDA信号被拉低。因此从高边到低边的高低电平都能被正常传输。高电平时总线0功耗，低电平时功耗由R2、R5、R4完成限流。综上该专利电路可以实现IIC的高边和低边的双向隔离通讯，总线空闲或传输高电平时，功耗为0，总线传输低电平时有一定功耗，但能被电阻限流，功耗低。[0030]三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4也用其他开关管替代，如 MOSFET/IGBT。[0031]本实用新型电路可以极大的降低隔离IIC的电路成本，降低电路复杂度，降低电路运行功耗，提升产品使用寿命，降低电池维护费用，最终提升产品的市场竞争力，为公司带来巨大的收益。
[0032]需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一种具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形，例如BMS AFE IC电路为若干个，总之，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
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