一种MOSFET检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种MOSFET检测电路及检测方法。

背景技术

电池系统在使用过程中，考虑能耗与安全问题，必须要有充放电回路的开关元件，进行充放电回路的闭合与断开。

目前大多数的电池系统都是选用的继电器方案，一般锂电储能备电系统，设置在直流母线与负载之间，包括锂电电池组、电池管理单元BMS、各继电器、预充电阻、防反元器件，先通过继电器和预充电阻组成预充回路，继电器再组成主正充放电回路、主负充放电回路和其他放电回路。

目前较少使用MOSFET作为主回路开关，MOSFET方案在成本上、噪音上、体积上都有较大优势，并且目前使用MOSFET的方案，需要增加任何额外的电子元器件进行诊断功能实现；现有技术的方案中，一般MOSFET检测电路及故障诊断方法，包括若干组相并联的电流导通通路，电流导通通路包括两组MOSFET模块，两组所述MOSFET模块之间安装有电流检测电阻；大多都需要依赖电流检测装置才能完成MOSFET的电路检测，没有完善的针对多路并联回路的MOSFET开关的常开和常闭故障的诊断策略。

发明内容

本发明的目的在于针对目前大多数的电池系统都是选用的继电器方案；以及现有技术的方案中，大多都需要依赖电流检测装置才能完成MOSFET的电路检测，提供了一种MOSFET检测电路及检测方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种MOSFET检测电路包括供电模块、BMS控制芯片以及MOSFET开关阵列；

所述MOSFET开关阵列中设有并联支路，每一所述并联支路包括依次串联的放电回路开关和充电回路开关；所述放电回路开关与所述供电模块的正极连接，所述充电回路开关与所述供电模块的负极连接；所述放电回路开关与充电回路开关包括有二极管与MOSFET，所述MOSFET与所述BMS控制芯片连接；

所述放电回路开关与所述放电回路开关之间设有第一电压采样电路，所述第一电压采样电路与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压；

所述MOSFET开关阵列的输入端设有输入端电压采样电路，所述MOSFET开关阵列的输出端设有输出端电压采样电路，所述输入端电压采样电路以及所述输出端电压采样电路均与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压。

作为本发明的优选方案，所述二极管包括第一二极管或第二二极管，所述MOSFET包括第一MOSFET或第二MOSFET；

所述供电模块的正极与所述放电回路开关包括的第一MOSFET的D极电连接，所述第一MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接；

第一MOSFET的S极与所述充电回路开关包括的第二MOSFET的D极电连接，所述第二MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接，所述第二MOSFET的S极与所述MOSFET开关阵列的输出端连接；

所述第一二极管的负极与所述第一MOSFET的D极电连接，所述第一二极管的正极与所述第一MOSFET的S极电连接；

所述第二二极管的负极与所述第二MOSFET的S极电连接，所述第二二极管的正极与所述第二MOSFET的D极电连接。

作为本发明的优选方案，所述MOSFET为N沟道耗尽型MOSFET。

作为本发明的优选方案，所述二极管为TVS，用于防止反向放电。

作为本发明的优选方案，所述TVS的导通压降为0.7V。

作为本发明的优选方案，所述BMS控制芯片为MCU。

作为本发明的优选方案，所述供电模块为充电电池。

作为本发明的优选方案，所述充电电池电压最大充电电压为48V。

本发明还公开了一种MOSFET检测方法，所述方法基于上述所述的一种MOSFET检测电路，包括如下检测步骤：

BMS控制芯片初始化，所述BMS控制芯片发出指令，使MOSFET开关阵列中包括的开关均断开；

通过BMS控制芯片采集所述输入端电压采样电路、所述输出端电压采样电路以及所述第一电压采样电路的电压，并进行电压值比较；

若所述输入端电压采样电路的电压值减去所述第一电压采样电路的电压值小于设定阈值，则放电回路开关存在常闭故障；如果没有故障则进行下一步骤，有故障则结束流程；

闭合充电回路开关，若所述输入端电压采样电路减去所述第一电压采样电路的电压值大于设定阈值，则充电回路开关存在常开故障；若没有常开故障则进行下一步骤，若存在常开故障则结束流程；

若所述第一电压采样电路的电压值减去所述输出端电压采样电路的电压值小于第一设定阈值，或所述第一电压采样电路的电压值减去所述输出端电压采样电路的电压值大于第二设定阈值，则放电回路开关存在常闭故障；若没有常闭故障则进行下一步骤，若存在常闭故障则结束流程；其中所述第二设定阈值大于第一所述设定阈值；

依次闭合所述充电回路开关，将已闭合的充电回路开关与放电回路开关之间的第一电压采样电路的电压值依次减去所述输入端电压采样电路的电压值，若此差值大于设定阈值，则此充电回路开关存在常开故障；

完成MOSFET开关阵列中的充电回路开关与放电回路开关的诊断。

作为本发明的优选方案，所述BMS控制芯片为MCU。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明通过MOSFET开关阵列中的各个充、放电回路开关的组合，以及通过采集各个电压采样电路的差值进行比较；和现有技术中的MOSFET诊断方案相比，不需要增加任何额外的电子元器件，就能完成采用MOSFET作为充、放电回路开关的常闭与常开的诊断功能；

2.本发明通过采用包括MOSFET作为充、放电回路开关，由于MOSFET自身的导通特性，使得本方案的兼容性强，适用于能够使用MOSFET作为电池系统的充、放电回路开关方案。

附图说明

图1为本发明一种MOSFET检测方法的工作流程图；

图2为本发明一种MOSFET检测电路的示意图；

图3为本发明的一种MOSFET检测电路应用于电动汽车上的架构示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

请参考如附图2所示，一种MOSFET检测电路，包括供电模块、BMS控制芯片以及MOSFET开关阵列；

所述MOSFET开关阵列中设有3个并联支路，3个所述并联支路均包括依次串联的1个放电回路开关和1个充电回路开关；所述放电回路开关与所述供电模块的正极连接，所述充电回路开关与所述供电模块的负极连接；所述放电回路开关与充电回路开关包括有二极管与MOSFET，所述MOSFET与所述BMS控制芯片连接；

所述放电回路开关与所述放电回路开关之间设有第一电压采样电路，所述第一电压采样电路与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压；

所述MOSFET开关阵列的输入端设有输入端电压采样电路，所述MOSFET开关阵列的输出端设有输出端电压采样电路，所述输入端电压采样电路以及所述输出端电压采样电路均与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压。

实施例2

请参考如附图2所示，本实施例在实施例1的基础上进行进一步的升级优化，即所述二极管包括第一二极管或第二二极管，所述MOSFET包括第一MOSFET或第二MOSFET；

所述供电模块的正极与所述放电回路开关包括的第一MOSFET的D极电连接，所述第一MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接；

第一MOSFET的S极与所述充电回路开关包括的第二MOSFET的D极电连接，所述第二MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接，所述第二MOSFET的S极与所述MOSFET开关阵列的输出端连接；

所述第一二极管的负极与所述第一MOSFET的D极电连接，所述第一二极管的正极与所述第一MOSFET的S极电连接；

所述第二二极管的负极与所述第二MOSFET的S极电连接，所述第二二极管的正极与所述第二MOSFET的D极电连接。

所述MOSFET为N沟道耗尽型MOSFET。

所述二极管为TVS，用于防止反向放电。

所述TVS的导通压降为0.7V。

所述BMS控制芯片为MCU。

所述供电模块为充电电池。

所述充电电池电压最大充电电压为48V。

实施例3

请一并参考附图1至附图2，本实施例提供一种MOSFET检测电路，包括供电模块、BMS控制芯片以及MOSFET开关阵列；

所述MOSFET开关阵列中设有2个并联支路，2个所述并联支路均包括依次串联的1个放电回路开关和1个充电回路开关；所述放电回路开关与所述供电模块的正极连接，所述充电回路开关与所述供电模块的负极连接；所述放电回路开关与充电回路开关包括有二极管与MOSFET，所述MOSFET与所述BMS控制芯片连接；

所述放电回路开关与所述放电回路开关之间设有第一电压采样电路，所述第一电压采样电路与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压；

所述MOSFET开关阵列的输入端设有输入端电压采样电路，所述MOSFET开关阵列的输出端设有输出端电压采样电路，所述输入端电压采样电路以及所述输出端电压采样电路均与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压。

所述二极管包括第一二极管或第二二极管，所述MOSFET包括第一MOSFET或第二MOSFET；

所述供电模块的正极与所述放电回路开关包括的第一MOSFET的D极电连接，所述第一MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接；

第一MOSFET的S极与所述充电回路开关包括的第二MOSFET的D极电连接，所述第二MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接，所述第二MOSFET的S极与所述MOSFET开关阵列的输出端连接；

所述第一二极管的负极与所述第一MOSFET的D极电连接，所述第一二极管的正极与所述第一MOSFET的S极电连接；

所述第二二极管的负极与所述第二MOSFET的S极电连接，所述第二二极管的正极与所述第二MOSFET的D极电连接。

所述MOSFET为N沟道耗尽型MOSFET。

所述二极管为TVS，用于防止反向放电。

所述TVS的导通压降为0.7V。

所述BMS控制芯片为MCU。

所述供电模块为充电电池。

所述充电电池电压最大充电电压为48V。

本实施例还提供了一种MOSFET检测方法，所述方法基于上述所述的一种MOSFET检测电路，包括如下检测步骤：

BMS控制芯片初始化，所述BMS控制芯片发出指令，使MOSFET开关阵列的中包括的开关均断开；

通过BMS控制芯片采集所述输入端电压采样电路、所述输出端电压采样电路以及所述第一电压采样电路的电压，并进行电压值比较；

若所述输入端电压采样电路的电压值减去所述第一电压采样电路的电压值小于设定阈值3V，则判断其对应的放电回路开关为常闭故障；如果没有故障则进行下一步骤，有故障则结束流程；

闭合充电回路开关，若所述输入端电压采样电路减去所述第一电压采样电路的电压值大于设定阈值3V，说明所述输入端电压采样电路处的电压与所述第一电压采样电路的电压差值处电压差异较大，则判断其对应的充电回路开关为常开故障；若没有常开故障则进行下一步骤，若存在常开故障则结束流程；

若所述第一电压采样电路的电压值减去所述输出端电压采样电路的电压值小于第一设定阈值，所述第一设定阈值为所述TVS的导通压降0.7V，说明电压经过所述充电回路开关的TVS二极管流通到了所述输出端电压采样电路处，则其对应的放电回路开关存在常闭故障；或者所述第一电压采样电路的电压值减去所述输出端电压采样电路的电压值大于第二设定阈值0.3V，说明所述第一电压采样电路处的电压经过所述充电回路开关中的MOSFET流通到了所述输出端电压采样电路处，则其对应的放电回路开关存在常闭故障；若没有常闭故障则进行下一步骤，若存在常闭故障则结束流程；其中所述第二设定阈值大于第一所述设定阈值；

依次闭合所述充电回路开关，将已闭合的充电回路开关与放电回路开关之间的第一电压采样电路的电压值依次减去所述输入端电压采样电路的电压值，判断其减去后的差值是否大于所述TVS的导通压降0.7V，若减去后的差值大于阈值0.7V，说明所述第一电压采样电路处的电压经过所述充电回路开关中的TVS二极管流通到了所述输入端电压采样电路处，则其对应的充电回路开关存在常开故障；

完成MOSFET开关阵列中的充电回路开关与放电回路开关的诊断。

实施例4

请一并参考附图1与附图3，本实施例为在实际场景中的应用，提供一种MOSFET检测电路，包括电池、BMS控制芯片、MOSFET开关阵列、DCDC转换器、电机；

所述MOSFET开关阵列中设有2个并联支路，2个所述并联支路均包括依次串联的1个放电回路开关和1个充电回路开关；所述电池的正极与所述MOSFET开关阵列输入端连接，所述放电回路开关与所述MOSFET开关阵列输入端连接，所述充电回路开关与所述MOSFET开关阵列的输出端连接，所述MOSFET开关阵列的输出端分别与所述DCDC转换器一端、所述电机一端连接，所述DCDC转换器另一端、所述电机另一端分别与所述电池负极连接；所述放电回路开关与充电回路开关包括有二极管与MOSFET，所述MOSFET与所述BMS控制芯片连接；

所述MOSFET开关阵列还包括1个预充并联支路，所述预充并联支路与2个所述并联支路并联，所述预充并联电路包括有依次串联的预充开关与预充电阻，所述预充开关与所述MOSFET开关阵列的输入端连接，所述预充电阻与所述MOSFET开关阵列输出端连接，所述预充开关包括二极管与MOSFET，所述预充开关的MOSFET与所述BMS控制芯片连接；

所述放电回路开关与所述放电回路开关之间设有第一电压采样电路，所述第一电压采样电路与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压；

所述MOSFET开关阵列的输入端设有输入端电压采样电路，所述MOSFET开关阵列的输出端设有输出端电压采样电路，所述输入端电压采样电路以及所述输出端电压采样电路均与BMS控制芯片连接，供BMS控制芯片采集电压。

所述二极管包括第一二极管或第二二极管，所述MOSFET包括第一MOSFET或第二MOSFET；

所述电池的正极与所述放电回路开关以及所述预充开关均包括的第一MOSFET的D极电连接，所述第一MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接；

所述预充开关中的第一MOSFET的S极与所述预充电阻连接；

所述放电回路开关中的第一MOSFET的S极与所述充电回路开关包括的第二MOSFET的D极电连接，所述第二MOSFET的G极与BMS控制芯片电连接，所述第二MOSFET的S极与所述MOSFET开关阵列的输出端连接；

所述第一二极管的负极与所述第一MOSFET的D极电连接，所述第一二极管的正极与所述第一MOSFET的S极电连接；

所述第二二极管的负极与所述第二MOSFET的S极电连接，所述第二二极管的正极与所述第二MOSFET的D极电连接。

所述MOSFET为N沟道耗尽型MOSFET。

所述二极管为TVS，用于防止反向放电。

所述TVS的导通压降为0.7V。

所述BMS控制芯片为MCU。

所述供电模块为充电电池。

所述充电电池电压最大充电电压为48V。

本实施例还提供了一种MOSFET检测方法，所述方法基于上述所述的一种MOSFET检测电路，包括如下检测步骤：

BMS控制芯片初始化，所述BMS控制芯片发出指令，使MOSFET开关阵列的中包括的开关均断开；

通过BMS控制芯片采集所述输入端电压采样电路、所述输出端电压采样电路以及所述第一电压采样电路的电压，并进行电压值比较；

若所述输入端电压采样电路的电压值减去所述第一电压采样电路的电压值小于设定阈值3V，则判断其对应的放电回路开关为常闭故障；如果没有故障则进行下一步骤，有故障则结束流程

闭合充电回路开关，若所述输入端电压采样电路减去所述第一电压采样电路的电压值大于设定阈值3V，说明所述输入端电压采样电路处的电压与所述第一电压采样电路的电压差值处电压差异较大，则判断其对应的充电回路开关为常开故障；若没有常开故障则进行下一步骤，若存在常开故障则结束流程；

若所述第一电压采样电路的电压值减去所述输出端电压采样电路的电压值小于第一设定阈值，所述第一设定阈值为所述TVS的导通压降0.7V，说明电压经过所述充电回路开关的TVS二极管流通到了所述输出端电压采样电路处，则其对应的放电回路开关存在常闭故障；或者所述第一电压采样电路的电压值减去所述输出端电压采样电路的电压值大于第二设定阈值0.3V，说明所述第一电压采样电路处的电压经过所述充电回路开关中的MOSFET流通到了所述输出端电压采样电路处，则其对应的放电回路开关存在常闭故障；若没有常闭故障则进行下一步骤，若存在常闭故障则结束流程；其中所述第二设定阈值大于第一所述设定阈值；

依次闭合所述充电回路开关，将已闭合的充电回路开关与放电回路开关之间的第一电压采样电路的电压值依次减去所述输入端电压采样电路的电压值，判断其减去后的差值是否大于所述TVS的导通压降0.7V，若减去后的差值大于阈值0.7V，说明所述第一电压采样电路处的电压经过所述充电回路开关中的TVS二极管流通到了所述输入端电压采样电路处，则其对应的充电回路开关存在常开故障；

完成MOSFET开关阵列中的充电回路开关与放电回路开关的诊断。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。