BMS电源输入防护电路

作者：胡摇扇
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在BMS主控板上面，基本的电源架构如下图：针对电源输入电路这一块，其功能主要包括了防反接、钳位保护以及滤波三个部分。

防反接

防止电源反接是BMS主控板的基本功能，这个需求在GB/T 38661-2020的技术条件里面有明确的测试要求，它模拟在电源线反接的情况下（-14V），不能损坏电路。

另外，在ISO7637的波形中，也会有输入负压的情况，这些测试是用来模拟电源处的开关动作、并同时存在感性负载的场景，例如Pulse 1与脉冲Pulse 3a，如下图所示，最大可达到-220V。

除此之外，其余存在负压的场合还有雷击浪涌与脉冲群测试（测试标准如下图），这个地方有知识点可以继续展开：ISO7637与ISO16750这两个标准针对对象是汽车电子部件，这两个标准里面的电气测试也包含类似的浪涌与脉冲群波形，只是它把在汽车电气架构下存在的场景与要求单独提取出来形成了汽车行业的标准。

而上图中的浪涌与脉冲群测试来自于IEC标准，这个标准具有广泛适用性，模拟的场景与ISO7637\ISO16750是不同的，一般的电气部件都可以参照（不仅仅是车载部件）；很多主机厂这两大类标准都是要求测试的。

用来做反接防护的器件主要是两种：二极管与PMOS，应用原理如下图（来源于TI官网）。

二极管与PMOS二者的优缺点比较明显：二极管导通压降大但反向耐压能力强，而PMOS的导通压降很小，但反向耐压不高；汽车级高耐压的PMOS不太好找，一般最大只做到了100V（下图来源于ON官网）；而二极管的反向耐压一般可以达到几百V；具体的对比会在后面的案例分析中进一步了解。

钳位保护

电源端口需要有浪涌电压的钳位保护功能，在BMS上面一般选用TVS作为防护器件，前面有篇文章详细介绍过TVS在BMS上面的应用场合；而对TVS的功率最大需求来自于抛负载测试。（下图来源于网络）

抛负载的场景来源于传统汽车中的交流发电机，如下图所示（图片来源ADI官网），当正在充电的铅酸电池意外断开时，由于交流发电机内部的电感线圈的电流不能突变，导致供电处产生一个大电压，这个就是Pulse 5a的来源。

有些交流发电机内部布置了钳位电路，如下图所示（图片来源ADI官网），内部钳位到了35V，这个就是Pulse 5b的来源。

无论5a还是5b波形，我们一般选取的TVS最大钳位电压在35V~40V之间；在电动汽车上面，很多时候都没有这个交流发电机，取代的是DC\DC，但我相信，在相同的场合下，DC\DC也会有一个电压过冲，但我还量化不出来；目前的现状是大家都按照抛负载测试标准去定义产品的防护功能，先做到产品不容易被损坏。

电解电容

在KL30电源的入口端一般都会布置大容量储能电容，例如铝电解电容，在一般的BMS主控板都会见到。

说到这里再展开一下，我们一般熟知的铝电解电容全称为非固体铝电解电容，即正极是铝箔、阴极为电解液；除此之外，按照电解质的不同，还存在固体铝电解电容与混合型铝电解电容类型，如下图（来自于松下官网）；其中固体铝电解电容价格比较高，实际在BMS上面很少见，混合型的目前倒多了起来。

在电源端口处的铝电解电容，需要注意的就是防止过压，尤其是抛负载时的电压，在硬十的公众号上，非固态铝电解电容的降额规范如下，大家可以参考。

MODEL 3控制板电源输入电路

上图为其电源输入防护电路，关键的器件型号如下：

双向TVS，SM15T39CAY-ST

此TVS参数如下，封装为SMC，峰值功率为1500W（10/1000us），最大的钳位电压达到了53.9V，这个电压有点高。

肖特基二极管，SS14-VISHAY

此二极管用于防反，参数表如下，封装为SMA，反向耐压值为40V。

滤波电感，100uH

小结：输入防护电路组成比较简单，如下图：TVS放置在防反二极管前面，所以选用的是双向类型，否则电源反接会有问题；TVS功率不大，过不了5a波形，而且其最大钳位电压远远大于35V，那么5b波形也不会动作（有些时候，即使没有TVS防护，只要芯片等最高工作电压＞35V，那么也可以通过5b）；选择肖特基二极管作防反，因为其正向导通压降小，另外其反向耐压只有40V，因为TVS在前面做了一次反向的浪涌防护；输入电容没有选择电解电容，都是陶瓷电容。