继电器驱动保护电路（上）

baoshijie

本周事情有点多，赶到一起了，可能只有这一篇。

BMS里面的控制器，其中一个主要功能就是驱动外部的高压继电器；下图（来源于松下官网）中标识出了汽车内部功率回路中的继电器位置，这些继电器都需要控制信号来驱动。



其实关于继电器与接触器的区别有点模糊，总的来讲，似乎应用在大功率场合的叫接触器，小功率场合的叫继电器，而生活中怎么叫的都有，关于二者详细的区别这里不展开讨论，下图是从TE官网上面找到一段解释；本文为了统一语言，都叫做继电器。



BMS里面涉及到的继电器，是应用于高压、大电流的场景；它属于直流电磁继电器，输入电路中的控制电流为直流；一般由铁芯、线圈、金属触点、弹簧等组成，可参照下图（来源于松下官网）。继电器这一块里面有好多事，后面一定要好好总结一下。



电磁继电器的工作原理如下图（画了半天，凑合着看吧）：当线圈中没有电流时，连接片与触点之间是不接触的，此时继电器的两个触点为断开状态；当线圈中流过驱动电流后，线圈与铁芯就等效成为了电磁铁，然后它对铁片有吸引力作用，由于铁片是固定不动的，而铁芯可以上下移动，所以当吸引力大于弹簧的拉力后，铁芯向上移动，进而连接片与触点接触，继电器呈导通状态。



驱动保护电路包括对线圈、触点的保护，本文主要讨论对线圈的驱动保护电路。

驱动电路有很多种驱动方式（如下图），而BMS里面的继电器线圈常用的驱动方式是高边驱动（HSD，图a），低边驱动（LSD，图b），还有就是二者同时使用（图e）。可以简单理解为，高边驱动是把开关放在电源处，而低边驱动是把开关放到GND处。



目前高边驱动与低边驱动电路里面，越来越多地选取集成的MOSFET驱动器做开关；它们的优点是控制简单，电路实现简洁，并提供丰富的诊断接口；举一个例子（如下图），例如ST公司的高边驱动芯片，里面集成了丰富的保护与诊断功能，可供用户使用。



下面来看一下用高、低边电路驱动线圈时的情况，下面是一个高边驱动电路，R为线圈的等效电阻，L为线圈等效电感；当NMOS导通后，线圈中的电流以指数规律增长，直至电流达到Vbat/R。



而当NMOS从导通状态断开，在断开瞬间，因为电感的电流不能突变，根据法拉第电磁感应定律，线圈上会产生一个反向的感应电动势，以抵抗电流的减小，它会叠加在MOS管的DS两端，如果超出其最大可承受电压，就会损坏MOS管。所以我们需要在输出端增加钳位电路（如下图中的TVS管），保护MOS管。



同理，低边驱动电路情况与此类似。

总结：

这一章先简单理顺整个继电器驱动电路的逻辑关系，介绍一下主要概念等，下一篇详细总结一下保护电路机理与计算方法；沉下心来学习，收获很大。

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