高压互锁(HVIL)电路实现方案与专利分析(上)---电压源激励方案

这次与大家一起学习一下高压互锁（HVIL）电路的具体实现方案，在几年前写过一篇高压互锁电路的基本介绍，链接在此《浅析BMS里面的高压互锁（HVIL）电路》，今天这篇文章也是为了填坑。

按照电路激励源分类可以分为电压源型与电流源型两大类，今天先介绍第一种。

电压源类型方案

• 电阻分压方案

例如在北汽的专利CN111443276A中列举了这种方案，如下图所示：电路方案比较简洁，通过三个电阻对电源进行分压，当外部的HVIL连接器接入后，中间的电阻被短路，导致两个观测点的电压产生了变化。

在东风航盛的专利CN114030383A也是类似的方案，变化在于电源端加了开关做保护控制；另外，还有些电阻分压方案也是做了一些变形，例如增加几个电压源，或变换电阻阻值。

电阻分压方案实现起来最简单，但是实际应用比较少

• PWM方案

这种方案是在电阻分压的基础上，将电压源变成PWM信号输出；例如华为的专利CN114347790A中，将电源增加了低边的开关控制，然后HVIL端口两条线上面的回检电压分别并与预设参考电压做比较，进而识别出互锁的各种故障，具体如下图。

在各个互锁模式下，检测到的逻辑电平如下所示：

再看下面这种PWM方案，来自于科力远的专利CN104793538A，这个方案通过控制上下三极管的导通状态，来改变上下电路中的电阻阻值与分压值，然后将互锁端口两条线上面的电压做比较，输出一个数字信号到MCU。

在互锁连接正常时，它的逻辑电平如下所示：

另外，同样是PWM方案，在CATL的专利CN106646076A中，巧妙的使用了看门狗芯片来作PWM回检，当互锁信号发生故障，会导致看门狗喂狗失败，输出触发电平，这样节省了MCU的处理时间，如下图所示。

还有一种方案，就是使用H桥来实现PWM输出；例如在长安汽车的专利CN105313700A，如下图所示：电源开关就变成了H桥的形式来驱动，互锁连接器上面的电流是正反向变化的，然后通过将电阻R1\R2之间的电平与预设的参考电压做比较，也可以识别出各种故障模式。

在各个工作模式下，检测到的逻辑电平如下所示：

这种PWM方案在实际应用中见得多一些。

• 高压互锁连接器位置特殊处理

除了上面的两种主要方案外，还有一种想法是在互锁连接器位置做一些特殊处理，来实现分辨出具体哪个位置的高压连接器出现互锁故障，这种方案实际见到的很少，因为操作复杂，不过也一起看下。

在桑顿的专利CN112428824A中，如下图所示：在每个互锁端口处并联一个不同阻值的电阻，如果互锁连接正常，则端口电阻被短路；MCU通过检测151处的电压大小来判断整条互锁回路中哪里出现了故障。

在瀚路新能源汽车的专利CN106882052A中，在互锁连接器位置布置很多电阻，这些电阻阻值经过特殊选取，如果发生互锁故障，MCU回检处220、230的电压值也会变化，而且每个位置故障后的回检电压值都不同，这样就能定位是哪里的高压连接器出现互锁故障。

总结：

这次先介绍电压源类型的方案，后面介绍电流源类型的方案；最近查看了大量的专利，收获满满；以上所有，仅供参考。