[发明专利]一种串联半桥栅极驱动模块

说明书

本发明公开了一种串联半桥栅极驱动模块，涉及电子技术，解决了通过栅极驱动变压器来实现的驱动方案具有电路体积大的技术问题。它包括多个与电池单体Bn一一对应连接的半桥单元；所述半桥单元主要由场效应管Qn1和场效应管Qn2组成；还包括栅极驱动单元；所述栅极驱动单元设有一用于同时驱动所有场效应管Qn1的第一驱动端和用于同时驱动所有场效应管Qn2的第二驱动端；所述场效应管Qn2的栅极通过电容Cn2与栅极驱动单元的第二驱动端连接，所述场效应管Qn1的栅极通过电容Cn1与栅极驱动单元的第一驱动端连接。本发明旨在提供一种体积小，成本低，驱动简便的串联半桥栅极驱动方案。

技术领域

本发明涉及电子技术，更具体地说，它涉及一种串联半桥栅极驱动模块。

背景技术

随着新能源技术的逐渐成熟与市场推广，从电动汽车到无人机，从电动工具到小家电，越来越多的设备采用锂电池组供电。锂电池通常以串联、并联等方式成组。由于制造工艺以及应用工况的差异，电池单体间会存在电压、容量、内阻、自放电率等特性的不一致，这种不一致性会随循环次数增加而加大，进而加速电池老化和性能衰减，甚至产生热失控风险。目前普遍采用均衡技术来改善电池单体间的不一致性、提升电池组可用充放电容量并延长电池寿命，以改善电池成组后的性能及安全特性，其中部分技术已得到应用。均衡硬件受体积、成本及可靠性等约束，集成于电气系统时，还需满足体积小、成本低、均衡速度快、可靠性高等性能要求。

均衡技术可简单分为主动均衡与被动均衡。由于主动均衡与被动均衡相比具有效率高等优点，该技术成了电池管理系统发展的一大趋势，涌现出多种主动均衡架构，如开关电容式(Conventional SC equalizer)、角接电容式(Delta-structured SC equalizer)、准谐振式(Quasi-resonant equalizer)等架构。将这几种架构进行提炼，可以得到其共有的一个单体间开关结构，而这种开关结构可以通过由两个场效应管组成的半桥结构来实现。

一般场效应管的导通是在其栅极施加一个相对于源极约4.5-10V的信号，而在半桥结构中，上管源极和下管漏极的连接点也就是相线，本身就是浮动的，因而需要栅极驱动电路。又因为电池串里每个单体的电压相对于整个电池串的负极都是不同的，而且在多串数的电池组中，位于正极附近的单体电池对应的场效应管的栅极驱动电压相对于电池组负极的电压差甚至超过了电池组本身的电压，驱动起来更加困难，因此更需要对此有针对性的驱动电路来加以解决。

目前市面上的主动均衡板主要采用多电感式或串并联电容式架构。其中，多电感式往往采用基于ETA3000芯片的方案。其能检测并比较相邻两单体电压并对此进行均衡。但受到电压比较的精度限制，在多串联数的电池组中即使均衡完成，头尾两单体电压也可能存在很大差异。串并联电容式由于其均衡电流值由电压差及系统内阻决定，可以达到较大均衡电流。但由于采用了4倍于电池串数的开关器件，其成本往往较高，驱动则更加困难。

虽然，串并联电容式、多电感式的架构各有各的优势，但制约其应用的主要原因之一是其串联半桥中如上所述的场效应管栅极驱动问题。为解决这一问题，有研究人员提出通过栅极驱动变压器(GDT)来实现。然而这种方案具有较大的体积，实际应用存在一定的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，旨在提供一种体积小，成本低，驱动简便的串联半桥栅极驱动方案。

本发明所述的一种串联半桥栅极驱动模块，包括栅极驱动单元；所述栅极驱动单元设有一用于同时驱动N个半桥结构中的场效应管Qn1的第一驱动端和用于同时驱动N个半桥结构中的场效应管Qn2的第二驱动端；

所述场效应管Qn2的栅极通过电容Cn2与栅极驱动单元的第二驱动端连接，所述电容Cn2与场效应管Qn2的等效栅源电容构成第一串联电容结构，以使所述第二驱动端输出驱动信号时，所述电容Cn2以及场效应管Qn2的等效栅源电容均获得分压，且在所述电容Cn2与场效应管Qn2栅极连接的一端获得能使场效应管Qn2导通的电荷量后，所述场效应管Qn2导通；