多路复用开关检测电路及其开路、短路检测方法与流程

本发明涉及电源管理，特别是涉及一种多路复用开关检测电路及其开路、短路检测方法。

背景技术：

1、如图1所示，多级锂电池/钠电池串联的电源管理系统中，模拟前端（afe，analogfront end）需要通过高压的多路复用开关阵列1依次选通各级电池模块（例如，b1、b2、b3、b4、b5）进行电压采样。多路复用开关阵列1中设置有多条开关通路，彼此之间具有电连接关系，如果多路复用开关阵列1中任意开关管损坏（表现为短路状态或开路状态），此时将无法实现正确的电压采样功能，甚至会引起电路板烧毁等灾难性后果。

2、因此，如何实现对多路复用开关阵列1中各开关管是否损坏的检测，是本领域技术人员亟待解决的问题之一。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多路复用开关检测电路及其开路、短路检测方法，用于解决现有技术中不检测多路复用开关阵列中各开关管是否损坏，进而引起电池管理系统无法正常工作，甚至存在起火燃烧风险等问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多路复用开关检测电路，所述多路复用开关检测电路至少包括：

3、多路复用模块、整流模块、电容、第一开关模块、采样模块及驱动模块；

4、所述多路复用模块包括n级开关通路，各级开关通路中的开关管均受控导通或断开，n为大于等于3的自然数；各级开关通路的输入端连接对应输入电压，各输入电压依次递增，对应开关通路从低级到高级依次设置，且奇数级开关通路的输出端均连接至第一公共点，偶数级开关通路的输出端均连接至第二公共点；

5、所述整流模块连接于所述多路复用模块的输出端，包括四路受控桥臂，各路受控桥臂中的开关管均受控导通或断开；其中，第一路受控桥臂及第三路受控桥臂的输入端均连接所述第一公共点，第二路受控桥臂及第四路受控桥臂的输入端均连接所述第二公共点，所述第一路受控桥臂及所述第二路受控桥臂的输出端均连接所述整流模块的第一输出端，所述第三路受控桥臂及所述第四路受控桥臂的输出端均连接所述整流模块的第二输出端；所述电容连接在所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间；所述整流模块的第一输出端为输出端负极，第二输出端为输出端正极，或所述整流模块的第一输出端为输出端正极，第二输出端为输出端负极；

6、所述第一开关模块连接于所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间，包括开关管，选择性接通所述整流模块的第一输出端和第二输出端；

7、所述采样模块连接所述整流模块的输出端，用于获取所述整流模块的输出端电压；

8、所述驱动模块用于产生控制所述多路复用开关检测电路中各开关管的控制信号。

9、可选地，各开关通路及各受控桥臂均包括第一nmos开关管及第二nmos开关管；

10、所述第一nmos开关管的漏极作为输入端，源极连接所述第二nmos开关管的源极；所述第二nmos开关管的漏极作为输出端；对于同一级开关通路和同一路受控桥臂，所述第一nmos开关管及所述第二nmos开关管的栅极接收同一控制信号。

11、可选地，各输入电压由电池串提供，所述电池串包括n-1级依次串联的电池模块，n-1级电池模块的n个电压节点产生n个输入电压。

12、可选地，所述第一开关模块包括：串联的第一限流电阻及第一选通开关管。

13、更可选地，所述采样模块的第一输入端连接所述整流模块的第一输出端，第二输入端连接所述整流模块的第二输出端，所述采样模块用于检测所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间的电压差。

14、更可选地，所述多路复用开关检测电路还包括第二开关模块及第三开关模块；

15、所述第二开关模块的第一端连接所述整流模块的第一输出端或第二输出端，第二端连接电源正极；所述第二开关模块包括开关管，选择性将所述整流模块的对应输出端上拉至所述电源正极；

16、所述第三开关模块的第一端连接所述第二开关模块的第一端，第二端连接电源负极；所述第三开关模块包括开关管，选择性将所述整流模块的对应输出端下拉至所述电源负极。

17、更可选地，当各输入电压由电池串提供时，所述电源正极为所述电池串的正极，所述电源负极为所述电池串的负极。

18、更可选地，所述第二开关模块包括串联的第二限流电阻及第二选通开关管；和/或，所述第三开关模块包括串联的第三限流电阻及第三选通开关管。

19、更可选地，所述采样模块的输入端连接所述第二开关模块及所述第三开关模块的第一端，用于检测所述整流模块的对应输出端电压。

20、为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种多路复用开关的开路检测方法，基于上述多路复用开关检测电路实现，所述多路复用开关的开路检测方法至少包括：

21、选通一组开关通路及一组受控桥臂，导通第一开关模块，检测所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间的电压差；

22、若所述电压差大于设定电压，则确定对应选通受控桥臂及开关通路中的开关管均未开路，执行下一步；否则，确定对应选通受控桥臂及开关通路中有开关管开路，停止检测并报告故障；

23、重复以上步骤，通过所述开关通路及所述受控桥臂的组合使用，对各级开关通路及各路受控桥臂中的开关管进行开路检测；

24、其中，第一路受控桥臂与第四路受控桥臂构成一组受控桥臂，第二路受控桥臂与第三路受控桥臂构成一组受控桥臂，相邻两路开关通路构成一组开关通路。

25、可选地，当各输入电压由电池串提供时，所述设定电压为介于0v和单级电池模块的端电压之间的正值。

26、更可选地，选通第一组受控桥臂及第一组开关通路，导通所述第一开关模块，检测所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间的第一电压差并判断是否发生开路；若发生开路，则停止检测并报告故障；

27、若未发生开路，则选通第二组受控桥臂及第二组开关通路，导通所述第一开关模块，检测所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间的第二电压差并判断是否发生开路；若发生开路，则停止检测并报告故障；

28、若未发生开路，则导通所述第一开关模块，选通任意一组受控桥臂，并依次选通所述第一组开关通路和所述第二组开关通路以外的其他组开关通路，并基于所述整流模块的第一输出端和第二输出端之间的对应电压差判断是否发生开路；若发生开路，则停止检测并报告故障；若未发生开路则切换至下一组开关通路，直至所有开关通路完成开路检测。

29、为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种多路复用开关的短路检测方法，基于上述多路复用开关检测电路实现，所述多路复用开关的短路检测方法至少包括：

30、步骤s11）选通第一路受控桥臂或第三路受控桥臂，并选通第三开关模块，以将所述整流模块与被选通受控桥臂对应的输出端下拉至电源负极；若所述整流模块的对应输出端电压小于设定电压，则执行下一步检测；否则，停止检测并报告故障；

31、步骤s12）选通第二路受控桥臂或第四路受控桥臂，并选通所述第三开关模块，以将所述整流模块与被选通受控桥臂对应的输出端下拉至电源负极；若所述整流模块的对应输出端电压小于设定电压，则执行下一步检测；否则，停止检测并报告故障；

32、步骤s13）选通所述第一路受控桥臂或所述第三路受控桥臂，并选通第二开关模块，以将所述整流模块与被选通受控桥臂对应的输出端上拉至电源正极；若所述整流模块的对应输出端电压大于电源正极电压与设定电压的差值，则未发生短路，执行下一步；否则，存在短路，停止检测并报告故障；

33、步骤s14）选通所述第二路受控桥臂或所述第四路受控桥臂，并选通所述第二开关模块，以将所述整流模块与被选通受控桥臂对应的输出端上拉至所述电源正极；若所述整流模块的对应输出端电压大于电源正极电压与设定电压的差值，则未发生短路，执行下一步；否则，存在短路，停止检测并报告故障；

34、步骤s15）选通最高级开关通路、所述第一开关模块及所述第三开关模块，若所述整流模块的第一输出端电压或第二输出端电压小于所述设定电压，则执行下一步；否则，停止检测并报告故障；

35、步骤s16）选通次高级开关通路、所述第一开关模块及所述第三开关模块，若所述整流模块的第一输出端电压或第二输出端电压小于所述设定电压，则执行下一步；否则，停止检测并报告故障；

36、步骤s17）选通最低级开关通路、所述第一开关模块及所述第二开关模块，若所述整流模块的第一输出端电压或第二输出端电压大于电源正极电压与所述设定电压的差值，则执行下一步；否则，停止检测并报告故障；

37、步骤s18）选通次低级开关通路、所述第一开关模块及所述第二开关模块，若所述整流模块的第一输出端电压或第二输出端电压大于电源正极电压与所述设定电压的差值，则执行下一步；否则，停止检测并报告故障；

38、其中，步骤s11）至步骤s18）以任意顺序排序后依次执行。

39、可选地，当各输入电压由电池串提供时，所述设定电压为介于0v和单级电池模块的端电压之间的正值。

40、更可选地，在步骤s11）和/或步骤s13）中，同时选通所述第一路受控桥臂及所述第三路受控桥臂，还选通所述第一开关模块。

41、更可选地，在步骤s12）和/或步骤s14）中，同时选通所述第二路受控桥臂及所述第四路受控桥臂，还选通所述第一开关模块。

42、如上所述，本发明的多路复用开关检测电路及其开路、短路检测方法，具有以下有益效果：

43、本发明能够在电池管理系统正常工作过程中，有效检测高压多路复用模块及整流模块中的开关管是否存在短路或开路损坏，从根本上解决了传统技术中无法检测开关管损坏状态的技术难题，避免了因开关管损坏导致电路燃烧起火的严重安全隐患，确保高压多路复用模块及整流模块能正常工作。

44、本发明通过驱动模块控制开关时序，并检测采样节点的电压变化，结合下拉至电源负极和上拉至电源正极的分步检测方式，能够分别对奇数通道和偶数通道的开关管进行短路故障排查。同时，通过双重校验，防止因检测路径中个别开关管开路而造成漏检，显著提高了短路检测的可靠性和准确性。

45、本发明通过选通特定电池模块到采样节点，并检测两采样节点之间的电压差值，能够有效识别高压多路复用模块及整流模块中开关管的开路故障，确保多路复用开关阵列导通路径的完整性。

46、本发明在检测到任意开关管发生损坏时，系统能够立即停止工作并向系统发出报警信息，有效阻止了因开关管短路导致的电池模块正负极直接短路问题，防止电路板烧毁甚至起火燃烧，大幅提升了多串锂电池或钠电池管理系统的安全性和可靠性。

47、本发明为电池管理系统提供了全面的功率开关管健康状态监测手段，在电池应用安全方面起到重要作用，有助于提高电池管理系统的整体稳定性和运行安全性。