申请/专利权人：欣旺达电子股份有限公司

申请日：2016-12-29

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN106712764B

主分类号：H03K19/0175

分类号：H03K19/0175;H03K19/007

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2017.06.16#实质审查的生效;2017.05.24#公开

摘要：本发明揭示了一种通讯隔离与电平转换电路，一种通讯隔离与电平转换电路，分别与电池与主机连接，其包括第一支路与第二支路；所述第一支路包括二极管D1、上拉电阻R1、上拉电阻R3，所述第二支路包括三极管Q1、三极管Q2、上拉电阻R8、上拉电阻R10。本发明解决了不同供电电压MCU之间的通讯功能，可以防止主机出现异常时主机高压加到电池上而损坏电池。

主权项：1.一种通讯隔离与电平转换电路，分别与电池与主机连接，其特征在于，其包括第一支路与第二支路；所述第一支路包括二极管D1、上拉电阻R1、上拉电阻R3，所述二极管D1的正极电连接所述电池的数据接收端，所述二极管D1的负极电连接所述主机的数据发送端，所述上拉电阻R1的一端分别与所述电池的数据接收端、二极管D1的正极连接，另一端连接3.3V电压，所述上拉电阻R3的一端分别与所述主机的数据发送端、二极管D1的负极连接，另一端连接5V电压，所述第一支路实现了所述主机的数据发送端向所述电池的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离；所述第二支路包括三极管Q1、三极管Q2、上拉电阻R8、上拉电阻R10，所述三极管Q1的基极电连接所述电池的数据发送端，所述三极管Q1的集电极电连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的发射极接3.3V电压，所述三极管Q2的集电极电连接所述主机的数据接收端，所述三极管Q2的发射极电连接GND端，所述上拉电阻R8的一端分别与所述电池的数据发送端、三极管Q1的基极连接，另一端连接3.3V电压，所述上拉电阻R10的一端分别与所述主机的数据接收端、三极管Q2的集电极连接，另一端连接5V电压，所述第二支路实现了所述电池的数据发送端向所述主机的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离；还设有第一下拉MOS管，所述第一下拉MOS管的漏极连接所述电池的数据发送端，源极连接GND端；还设有第二下拉MOS管，所述第二下拉MOS管的漏极连接所述主机的数据发送端，源极连接GND端；其中，所述二极管D1为硅管或锗管，所述三极管Q2为NPN型三极管。

全文数据：通讯隔离与电平转换电路技术领域[0001]本发明涉及到通讯隔离与电平转换领域，特别是涉及到一种通讯隔离与电平转换电路。背景技术[0002]在现在智能电池的应用中，需要实现电池与主机之间的通讯，常常会用到串口通讯，在这样的情况下，由于电池的BMS上所用的MCU的供电电压会与主机MCU的供电电压不一样，所以不能直接连接进行通讯，而需要通过电平转换与隔离电路去做中转，现有技术中，通信隔离与电平转换电路的效率不高且较为复杂。发明内容[0003]本发明的主要目的为提供一种简单高效的通讯隔离与电平转换电路。[0004]本发明提出一种通讯隔离与电平转换电路，分别与电池与主机连接，其包括第一支路与第二支路；[0005]所述第一支路包括二极管D1、上拉电阻R1、上拉电阻R3,所述二极管D1的正极电连接所述电池的数据接收端，所述二极管D1的负极电连接所述主机的数据发送端，所述上拉电阻R1的一端分别与所述电池的数据接收端、二极管D1的正极连接，另一端连接3.3V电压，所述上拉电阻R3的一端分别与所述主机的数据发送端、二极管D1的负极连接，另一端连接5V电压，所述第一支路实现了所述主机的数据发送端向所述电池的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离；[0006]所述第二支路包括三极管Q1、三极管Q2、上拉电阻R8、上拉电阻R10，所述三极管Q1的基极电连接所述电池的数据发送端，所述三极管Q1的集电极电连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的发射极接3.3V电压，所述三极管Q2的集电极电连接所述主机的数据接收端，所述三极管Q2的发射极电连接GND端，所述上拉电阻R8的一端分别与所述电池的数据发送端、三极管Q1的基极连接，另一端连接3.3V电压，所述上拉电阻R10的一端分别与所述主机的数据接收端、三极管Q2的集电极连接，另一端连接5V电压，所述第二支路实现了所述电池的数据发送端向所述主机的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离；[0007]还设有第一下拉M0S管，所述第一下拉M0S管的漏极连接所述电池的数据发送端，源极连接GND端；[0008]还设有第二下拉M0S管，所述第二下拉M0S管的漏极连接所述主机的数据发送端，源极连接GND端。[0009]进一步的，所述电池设有第一M⑶，所述第一下拉M0S管的栅极连接所述第一MCU，当所述电池的数据发送端发送数字信号0时，所述第一M⑶控制所述第一下拉M0S管导通使所述电池的数据发送端电压为0;[0010]所述主机设有第二MCU，所述第二下拉M0S管的栅极连接所述第二MCU，当所述主机的数据发送端发送数字信号0时，所述第二M⑶控制所述第二下拉M0S管导通使所述主机的数据发送端电压为〇。iUj[0011]进一步的，还包括电阻R2,所述电阻R2的一端与所述二极管D1的负极连接，另—_与主机的数据发送端连接。、[0012]进一步的，还包括二极管D2,所述二极管D2的正极与所述三极管Q1的集电极电连接，负极与所述三极管Q2的基极电连接。[0013]进一步的，还包括电阻R9，所述电阻R9的一端与所述电池数据发送端连接，另一端与所述三极管Q1的基极之连接，还包括电阻R5,所述电阻奶的一端与所述二极管D2的负极连接，另一端与所述三极管Q2的基极连接，还包括电阻R6，所述电阻R6的一端与所述三极管Q2的基极连接，另一端与三极管Q2的发射极连接，还包括电阻R?，所述电阻R?的一端与所述三极管Q2的集电极连接，另一端与主机的数据接收端连接。[0014]进一步的，还包括电阻R4，所述电阻R4的一端与所述三极管Q1的集电极连接，另一端连接GND端。[0015]进一步的，所述二极管D1为硅管或锗管。[0016]进一步的，所述二极管D2为硅管或锗管。[0017]进一步的，所述三极管Q1为PNP型三极管。[0018]进一步的，所述三极管Q2为NPN型三极管。[0019]本发明的有益效果:本发明提供一种简单高效的转换电路，无论是高电压接口信号向低电压接口传输还是低电压接口信号向高电压接口传输，经过本发明的电路的中转后，都能实现通信隔离与电平转换，解决了不同供电电压M⑶之间的通讯功能，还可以防止主机出现异常时主机高压加到电池上而损坏电池。附图说明[0020]图1是本发明一实施例一种通讯隔离与电平转换电路的电路图；[0021]图2是本发明一实施例一种通讯隔离与电平转换电路中第一下拉M0S管的极性连接图；[0022]图3是本发明一实施例一种通讯隔离与电平转换电路中第二下拉!^^管的极性连接图。[0023]本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式100241应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0025]参照图1-3,一种通讯隔离与电平转换电路，分别与电池10与主机2〇连接，其包括第一支路30与第二支路40;第一支路3〇包括二极管D1、上拉电阻R1、上拉电阻R3，二极管以的正极电连接电池10的数据接收端，二极管叫的负极电连接主机2〇的数据发送端，上拉电阻R1的一端分别与电池10的数据接收端、二极管〇1的正极连接，另一端连接3.3v电压，上拉幢R3的-别与主机20睡据麗端、三极管_倾连接，另—端连接5V电压，第一支路3〇实现了主机的数据发送端向电池的数据接收端发送信号时的电平转换与电压实现信号传递。[0026]第二支路4〇包括三极管Q1、三极管敗、上拉电阻Rs、上拉电阻削，三极管喊基极电连接电池10的数据发送端，三极管Q1的集电极电连接三极管Q2的基极，三极管Q1的发射极接3.3V电压，三极管Q2的集电极电连接主机20的数据接收端，三极管Q2的发射极电连接GND端，上拉电阻RS的一端分别与电池10的数据发送端、三极管則的基极连接，另一端连接3.3V电压，上拉电阻R10的一端分别与主机2〇的数据接收端、三极管Q2的集电极连接，另一端连接5V电压，第二支路40实现了电池1〇的数据发送端向主机20的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离，实现信号传递。还设有第一下拉M0S管201，第一下拉M0S管201的漏极连接电池的数据发送端，源极连接GND端;还设有第二下拉MOS管301，第二下拉MOS管301的漏极连接主机的数据发送端，源极连接GND端。[0027]在本发明一实施例中，上述上拉电阻是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。下拉同理，也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平。[0028]在本发明一实施例中，上述MOS管就是绝缘栅型场效应管，全名叫MOSFET，一般是金属metal—氧化物oxide—半导体semiconductor场效应晶体管，或者称是金属一绝缘体（insulator—半导体。M0S管的source源极和drain耗尽层）是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。在本实施方式中，第一下拉M0S管与第二下拉M0S都是圈0S管。[0029]在本发明一实施例中，上述BMS是电池管理系统，是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，也会增添其它的功能。[0030]在本发明一实施例中，上述串口通讯SerialCommunication是指外部设备和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式，这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。[0031]在本发明一实施例中，上述高电平的电压值为2.5_5.5V，控制发出的数字信号为1〇[0032]在本发明一实施例中，上述低电平的电压值为0-1•5V，控制发出的数字信号为〇。[0033]在本实施方式中，第一支路30由主机2〇的发送端即TX’端向电池10的数据接收端即RXD端传输信号。TX’端通过电阻R2电连接二极管D1的负极，电阻R2起到分压稳流的作用，TX’端还设有上拉电阻R3,在本实施例中，上拉电阻R3接主机的电压，并将主机2〇的发送端电压上拉至5V，二极管的正极电连接RXD端，RXD端还设有上拉电阻R1，在本实施例中，上拉电阻R1接电池电压，并将电池的数据接收端的电压上拉至3.3V，可以理解，在使用不同电压的电池10和主机20时，上拉电阻将将电压上拉的电压可以不同于本实施例。当Tx，端需要发送数字信号1时，由于上拉电阻R3已将TX’端的电压上拉至5V即高电平，所以TX’端在正常情况下是发出数字信号1，由于二极管的单向导通性，5V的电压无法通过二极管传输到rxd，但由于RXD端的电压被上拉电阻R1上拉至3•；3V即高电平，这样就实现了当TX’输出为1即高电平5V时，接收端RXD也为1即高电平3.3V，实现了信号传输，同时也防止了TX’端的5V电压加至丨JRXD端导致电池10的第一MCU2〇0损坏。当TX’端需要发送数字信号〇时，主机2〇由第二M⑶300控制第二下拉M0S管301，使第二下拉M0S管301导通，S卩TX’端的电压被下拉为0V，本实施方式中，第一下拉MOS管201与第二下拉MOS管301都设在MCU上，本实施方式中二极管Dl使用的是硅管，由于二极管D1的单向导通性，二极管D1的压降大约为〇_7V，即二极管D1两端的电压之间的电压为0.7V即低电平，而二极管D1的正极端为RXD端，所以电池1〇的第一M⑶200会判定〇.7V低电平为数字信号〇,这样就实现了当TX’输出为〇时，接收端RXD也为〇。可以理解，当二极管D1使用的是锗管时，二极管的降压约为〇.3V依然为低电平，所以使用锗管的效果和使用硅管的效果在本发明中的作用相同。[0034]在本实施方式中，第二条支路40由电池10的数据发送端即TXD端向主机2〇的数据接收端即RX’端传输信号。TXD端通过电阻R9电连接三极管Q1的基极，TXD端还通过上拉电阻R8接电池10电压，并将TXD端的电压上拉至3.3V，本实施方式中，三极管讥使用的是PNP型三极管，电阻R9起到分压稳流的作用，三极管Q1的发射极接电池1〇的电压，使得三极管Q1的发射极的电压被上拉至3.3V，三极管Q1的集电极点连接二极管D2的正极，二极管D2的负极通过电阻R5电连接三极管Q2的基极，本实施方式中，三极管Q2使用的是NPN型三极管，电阻R5起到分压稳流的作用，三极管Q2的集电极通过电阻R7与RX’端电连接，RX，端又由上拉电阻R10接主机20电压，并将电压上拉至5V;三极管Q2的发射极电连接GND端，三极管q2的基极与发射极之间还并联有电阻R6,电阻Re起到稳定三极管Q2的作用；三极管Q1的集电极还通过电阻R4电连接GND端，解决了电压悬浮不稳定的状态。当TXD端需要发送数字信号〇时，Txd端由第一MCU2〇0中控制第一下拉M0S管201，使第一下拉M0S管201导通，TXD端的电压被下拉为0V，由于PNP型三极管的特性，即发射极电压大于基极电压，基极电压又大于集电极电压，使得三极管Q1被导通。三极管Q1被导通后，由于三极管Q2使用的是NPN型三极管，所以当三极管Q2的基极有电压时，三极管Q2也会被导通，三极管Q2被导通后，rx，端被接到GND端，使得RX’端的电压就为0，主机20的第二MCU3〇0会判定接收到低电平信号〇，这样就实现了当TXD端输出数字信号为0时RX’端也接收到数字信号0。当TXD端需要发送数字信号丨时，Txd端原本已设置有上拉电阻R8，上拉电阻接电池10的电压，并将TXD端电压上拉为3.3V，电池10的第一M⑶200会将此电压作为TXD端的作为需要发出的信号电压发出数字信号丨，由于TXD端电压等于三极管Q1的发射极电压，根据三极管的特性，使得三极管Q1无法导通,三极管以无法导通后，三极管Q2也无法导通，而RX’端已由上拉电阻R10接主机电压，并将主机2〇的数据接收端电压上拉至5V，主机2〇的第二MCU3〇0会将此电压作为接收到的信号电压，这样就实现了当TXD发出数字信号1时，RX’端也接收到数字信号1。二极管D2的存在使第二支路4〇通信隔离的效果更佳。无论三极管Q1和三极管Q2使用的是何种类型的三极管，只需保证当Txd端发出数字信号0时，三极管Q1可以导通，三极管Q2可以导通，当TXD端发出数字信号1时，三极管Q1无法导通，三极管Q2无法导通即可。[0035]综上所述，本发明提供一种简单高效的转换电路，无论是主机20向电池1〇发送数据，还是电池10向主机20发送数据，即无论是高电压接口信号向低电压接口传输还是低电压接口信号向高电压接口传输，经过本发明的电路中转后，都能实现通信隔离与电平转换，解决了不同供电电压MCU之间的通讯功能，还可以防止主机20出现异常时主机20高压加到电池上而损坏电池10。[0036]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种通讯隔离与电平转换电路，分别与电池与主机连接，其特征在于，其包括第一支路与第二支路；所述第一支路包括二极管D1、上拉电阻R1、上拉电阻R3,所述二极管D1的正极电连接所述电池的数据接收端，所述二极管D1的负极电连接所述主机的数据发送端，所述上拉电阻R1的一端分别与所述电池的数据接收端、二极管D1的正极连接，另一端连接3.3V电压，所述上拉电阻R3的一端分别与所述主机的数据发送端、二极管D1的负极连接，另一端连接5V电压，所述第一支路实现了所述主机的数据发送端向所述电池的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离；所述第二支路包括三极管Q1、三极管Q2、上拉电阻R8、上拉电阻R10,所述三极管Q1的基极电连接所述电池的数据发送端，所述三极管Q1的集电极电连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q1的发射极接3.3V电压，所述三极管Q2的集电极电连接所述主机的数据接收端，所述三极管Q2的发射极电连接GND端，所述上拉电阻R8的一端分别与所述电池的数据发送端、三极管Q1的基极连接，另一端连接3.3V电压，所述上拉电阻R10的一端分别与所述主机的数据接收端、三极管Q2的集电极连接，另一端连接5V电压，所述第二支路实现了所述电池的数据发送端向所述主机的数据接收端发送信号时的电平转换与电压隔离；还设有第一下拉MOS管，所述第一下拉MOS管的漏极连接所述电池的数据发送端，源极连接GND端；还设有第二下拉MOS管，所述第二下拉MOS管的漏极连接所述主机的数据发送端，源极连接GND端。2.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，所述电池设有第一ICU，所述第一下拉MOS管的栅极连接所述第一M⑶，当所述电池的数据发送端发送数字信号0时，所述第一MCU控制所述第一下拉MOS管导通使所述电池的数据发送端电压为0;所述主机设有第二MCU，所述第二下拉M0S管的栅极连接所述第二MCU，当所述主机的数据发送端发送数字信号〇时，所述第二MCU控制所述第二下拉M0S管导通使所述主机的数据发送端电压为0。3.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，还包括电阻R2,所述电阻R2的一端与所述二极管D1的负极连接，另一端与主机的数据发送端连接。4.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，还包括二极管D2,所述二极管D2的正极与所述三极管Q1的集电极电连接，负极与所述三极管Q2的基极电连接。5.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，还包括电阻R9,所述电阻R9的一端与所述电池数据发送端连接，另一端与所述三极管Q1的基极之连接，还包括电阻R5,所述电阻R5的一端与所述二极管D2的负极连接，另一端与所述三极管Q2的基极连接，还包括电阻R6,所述电阻册的一端与所述三极管Q2的基极连接，另一端与三极管Q2的发射极连接，还包括电阻R7,所述电阻R7的一端与所述三极管Q2的集电极连接，另一端与主机的数据接收端连接。6.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，还包括电阻所述电阻R4的一端与所述三极管Q1的集电极连接，另一端连接GND端。7.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，所述二极管D1为硅管或锗管。8.如权利要求1所述的通讯隔呙与电平转换电路，其特征在于，所述二极目似〜错管。9.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，所述三极管Q1为PNP型三极管。丄刑10.如权利要求1所述的通讯隔离与电平转换电路，其特征在于，所述三极管Q2为NPN3i三极管。

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