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这一篇章，我们一起分析一下 BMS 的 Demo 板的电路，在分析的过程中，我们穿插一些原理分析和一些保护设计的逻辑。
一、充放电的大回路分析
我们以自顶向下的方式来分析 BMS 系统的电路图，首先最上层看到的应该是如下的一个原理图。
上面这个图其实是 BMS 系统的一个电流的总回路，他是一个充放电异口的设计，我们先分析一下这个电路的充放电回路。
当电路处于放电回路的时候，负载接入到 P+ 和 P- 上面，这时电流从电池的 B+流出，经过 P+后进入负载，然后从 P-返回到 BMS 系统中，再经过放电 MOS 和采样电阻后，回流到 B-，如下图：
当电路处于充电回路的时候，充电器的正负极接入到 C+ 和 C-中，这时电流从充电器的正极流入 C+，经过二极管 D4 后进入电池的 B+，然后从 B-流出，经过采样电阻、放电 MOS 以及充电 MOS 后，从 C- 回流到充电器负极。如下图：
现在我们已经能够分析明白，对于异口BMS设计的充放电的电流路径，那么相对于充放电异口的设计来说，充放电同口的设计是什么样子的呢？
BMS 的同口和异口
其实同口的 BMS 系统原理上更简单理解，我们把充放电 MOS 就当成了两个独立的电闸，如果他们串在一起，同时控制充电和放电回路，那么我们就称为同口设计：
如果把两个电闸分开，分别控制充电回路和放电回路，我们则称为异口设计，可以看一下简易示意图和上图对比：
同口和异口设计的优缺点：
对于同口的设计，由于充放电 MOS 管串联在一个回路上，相对异口电路的回路就简单很多，同时从整个 PACK 的角度来看，对外的充电和放电接口合二为一，设计上非常简洁，引出线也简单很多。
同口相对异口的缺点也有一些，例如在动力电池 PACK 的设计中，电池往往放电倍率比较大，充电倍率会比较小，因此充放电回路的电流相差很多。
我们以放2000mAh 的电芯为例，假设放电倍率为 10C，而充电倍率为 1C，那么对应的最大持续放电电流为 20A，而最大的持续充电电流仅为2A 。如果使用异口设计，我们可以为充电和放电回路设计成不同功率的 MOS 管，这样有利于成本的设计。换成同口设计则必须选用支持 20A 持续放电的 MOS 来作为充放电 MOS。
二、MOS 管的开关电路分析
接下来，我们分析一下充放电 MOS 的开关电路，这部分之所以相对于普通的 MOS 管开关电路较复杂一些，主要还是因为 AFE 芯片本身的输出能力不足，以及 AFE 芯片内部上下来的特殊设计导致的，同时对于 BMS 系统中的 MOS 管，应用起来也有与电机控制的功率桥存在不同的考量，这个我们可以在单独的 MOS 管选型设计中深入的谈，这里我们只简要分析这里的开关电路。
我们先看放电 MOS 部分：
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上图中，红色箭头表示在 MOS 管 Q9 开启的时候的栅极充电电流环路，绿色箭头表示的是 MOS 管关闭的时候的栅极放电回路。
从电路可知，放电回路中通过 Q1 这颗三极管进行加速电荷泄放，使得 MOS 的关闭速度非常的快。而在开启过程中，由于回路中又 R7（10KR ）的电阻存在，因此 MOS 的开启的速度比较慢，这样做一方面是避免 AFE 的驱动电流不太够，另一方面是因为，对于 BMS 系统，开启放电 MOS 并不需要太快。BMS 系统更关注的是保护的瞬间，是否可以快速的切断回路，保护电池系统。
对于充电MOS 的开关电路就会稍微复杂一点，这里多了一个 Q11 的小 PMOS 来防止 C-这一端出现低于 GND_B（也就是芯片的 VSS）的情况，因为在 AFE 内部，CHG 引脚低电平是被下拉到 VSS 的，如果出现更低的电平则会导致拉电流的情况。
电路中的 D3 是一个普通的二极管，它的主要作用是防止在 Q10 关断以后，C-出现一个高电压从而将电流回灌到 CHG 中。因为 AFE 内部的 CHG 高电平是被上拉倒 12V，因此更高的电压有可能回灌到 AFE 芯片内部影响内部电路。如下图：
接下来我们分析下一层原理图，也就是 AFE 和 其他部分。
三、AFE 电压采样电路分析
对于 AFE 的电压采样电路，BQ769x0 系列是比较特殊的，因为他是多个 die 合封而成的，也就是说 BQ76940 实际上是由 3 个 BQ76920 串联而成的如下图：
上图中的 BQ76940 实际上是三个小单元组成，图中被分成了 Top Group，Middle Group 和 Bottom Group，他们首尾相连，所以在芯片上多了 VC5X，VC10X 这样的引脚，其实就是把每个 die 的参考地引了出来。
上图是我的 Demo 板的设计，他是一个 10 串的设计，芯片采用的 CG861 系列，和 BQ76930 一样，也是两个 Die 合封出来的，因此图中的零点也就是两个 Die 串联连接的地方，也就是说，上面的那个 Die 的采样电路参考的是这个零点。
另外我们也要注意一下整个 AFE 芯片的供电电路，这里增加了一个二极管 D16，它的主要作用其实是为了防止 C39 电量被倒吸。
因为在电池的主线路上很可能存在电压信号的波动，同时，EMC 相关测试中，我们也会在 P+上进行4KV或者 8KV 的静电测试，静电在这里很有可能导致 VBAT 的电压瞬间下降而导致 AFE 重启，当我们增加了二极管以后，C39 内部的电量就可以防止被倒吸，从而保证了 VBAT 的电压稳定性。
四、对外供电电源拓扑
在多个 Die 合封的设计中，电源电路也有些差异，这里会增加一个 PMOS 管用来连接 B+和 AFE 芯片的 REGSRC 引脚。
这里我理解的原因是，这个设计方案的 LDO 部分使用的是最下面的那一片 Die中的逻辑，也就是以 B-为参考地的那一片Die。
TI 在设计的时候，线性电源的输入电压设计为 5 串电池的电压，而合封在一起的时候，我们不能够直接拉 5 串的电压过来，这会导致高 5 串和低 5 串不均衡。因此我们需要将整个电池的电压，也就是 B+拉过来接到 REGSRC 上面，那么为了防止电压过高的问题，就使用了一个 PMOS 和 VC5X（5 串电池串联电压）基准来给线性电源供电。
这样既保证了线性电源的电流从 B+输出，又保证了介入 REGSRC 的电压不会高于 VC5X。
五、均衡电路详解
上图，我选择了一路的均衡电路来分析它的原理
首先 AFE 内部是有一个被动均衡控制的 MOS 的，当我们需要给某一串电芯进行放电时，这个 MOS 管便会打开，释放电芯中的电量。
如果我们需要设计外置的被动均衡，只需要在外面增加一个 MOS ，由内部 MOS 控制开关即可，不过要记得在外边增加一个限流电阻来耗散这部分电流。
当用 NMOS 做外部均衡开关时，外部 NMOS 的栅极电压由 Rvc 和 Rcb+Rvc 分压构成。当均衡使能信号 CBENn 开通内部均衡开关时，在 NMOS 栅-源形成正压从而导通。
均衡电流由外部均衡回路 Icbe 和内部均衡回路 Icbi 两路并联组成。
这里的外置均衡 MOS 的选型有一点要求，就是他需要一个比较低的 Vth 的 MOS，原因在于它的开启原理。
从上图图 2来看，外部均衡 MOSFET 是靠芯片内部均衡 MOSFET 的导通，在 Rvc，Rcb 和 Rvc 产生均衡电流，从而在一个 Rvc 上产生压降来实现的。
其压降为 Vcell * Rvc / (Rvc + Rcb + Rvc)。
以 BQ76952 为例，Rvc=100Ω，Rcb=28Ω，在电芯电压超过 3.6V 时允许进行均衡，则在 Rvc 上的压降为 3.6V * 100Ω / (100Ω + 28Ω + 100Ω) = 1.579V。
所以外部均衡 MOSFET 的选型时，需要考虑满足 VGS(th)大于 1.579V。
六、负载检测电路和充电检测电路
上图是一个负载检测电路，它的主要功能是检测我们的 BMS 系统是否接入了负载。
我们检测负载的目的是为了保证我们的系统可以正常的输出，也就是在我们打开放电 MOS 之前，我们要检测负载是否被接入。
如果没有接入，也就是 P+ 和 P-之间处于开路状态，那么这时的 P-处于浮空状态，没有电流，也就无法在 D13 上产生稳定的电压，也因此，我们的 DSG_IN 会被 R44 持续拉低为低电平。
这个检测电路还可以用下面的方法实现
充电器插入的检测电路利用的是相同的原理，这里就不多解释了。
这里，我们可以详细看一下如何利用充电器插入来唤醒我们的 BMS 系统，也就是唤醒 AFE。
对于 AFE 的启动，我们从规格书中可以了解到，是通过在 TS1 引脚上给定一个脉冲来实现唤醒的，那么我们这里就需要通过充电器的插入动作来产生一个脉冲信号，先来看一下图：
我的电路图中将按键激活和充电器插入激活融合在了一起，按键激活的电路很简单，我们可以重点看一下充电器插入的电路，也就是右侧红框的部分。
当我们插入充电器的瞬间，C52 在回路中被充电，因此会有电流产生使得光耦中的二极管发光，同时激活光耦的另一端的三极管导通，也就是光耦打通将 V1 的电压传递给 TS1, 当经过一段时间后，几十个 us 吧，C52 被充满的时候，C+和 C-之间的电流减小到 0，光耦中的二极管便无法导通了，因此光耦截止，TS1 恢复到低电平（R69 下拉），这样就产生了一个高电平的脉冲信号。
当我们的电池过放后，AFE 可能进入到 STOP 模式，这时候如果我们没有预留外部的启动按键，那么可以通过充电器接口接入一下充电器来激活我们的 BMS 系统。
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