CN102497194A - 电压采样方法及电压采样电路 - Google Patents

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王跃
林伟义
王野
顾伟
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Abstract

本发明公开了一种电压采样方法和电压采样电路,属于电路领域。所述方法包括:采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的所述第一电流信号转换成第一电压信号;将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;在整车控制系统端口将所述第二电流信号转换成第三电压信号;将所述第三电压信号转换成数字电压信号。本发明通过将电压信号转换成电流信号进行传输,克服了因为高低压转换系统与整车控制系统之间参考地不同而造成采样电压误差较大的缺陷,提高了采样精度,增强了抗干扰能力。

Description

电压采样方法及电压采样电路
技术领域
[0001 ] 本发明涉及采样电路领域,特别涉及一种电压采样方法及电压采样电路。 背景技术
[0002] 社会环境对节能减排的要求越来越强烈,混合动力汽车、插电式汽车、纯电动汽车等清洁能源汽车已经成为汽车领域的重要研究方向。无论是上述哪一种汽车,都包括一个核心部件一高低压转换系统,该系统用于将锂电池的高电压(如336V)转换成低电压(如 12V),供低压供电设备使用。整车控制系统用来控制整车运行状态,同时也用于控制高低压转换系统的工作状态。
[0003] 现有技术中,根据控制策略的要求,整车控制系统需要根据高低压转换系统的电压信号来对高低压转换系统进行控制。采样电路采集高低压转换系统母线上电流信号,然后将电流信号转换成电压信号,再通过A/D采样端口(Analog/Digital采样端口,模拟/数字采样端口 )获得相应的数字电压信号,整车控制系统根据获得的数字电压信号通过CAN 总线(Controller Area Network,控制器局域网络)对高低压转换系统进行控制。但是, 由于高低压转换系统与整车控制系统是两个完全独立的电路系统,采用不同的电压参考地,因此,采样的电压信号从高低压转换系统传输到整车控制系统采样误差较大,影响对高低压转换系统的控制。
[0004] 在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:现有技术的电压采样方法没有考虑到高低压转换系统与整车控制系统的电压参考地不同,造成了电压采样过程中出现较大误差,降低了采样精度,抗干扰能力弱。
发明内容
[0005] 为了解决因高低压转换系统与整车控制系统之间参考地不同,致使电压采样出现误差较大的问题,本发明实施例提供了一种电压采样方法及电压采样电路。所述技术方案如下:
[0006] 一方面,本发明实施例提供了一种电压采样方法,包括:
[0007] 采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的所述第一电流信号转换成第一电压信号;
[0008] 将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;
[0009] 将所述第二电流信号转换成第三电压信号,并将所述第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
[0010] 所述将所述第一电压信号转换成第二电流信号之前,还包括:
[0011] 将所述第一电压信号线性放大;
[0012] 相应地,所述将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系,具体为:[0013] 将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,所述线性放大后的第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系。
[0014] 所述将所述第一电压信号转换成第二电流信号,具体为:
[0015] 所述第一电压信号经过第一计算公式转换成所述第二电流信号,所述第一计算公式为I = KU,其中,I为所述第二电流信号,U为所述第一电压信号,K为一个参数,随所述第一电压信号改变而改变。
[0016] 所述将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,具体为:
[0017] 所述线性放大后的第一电压信号经过第一计算公式转换成所述第二电流信号,所述第一计算公式为I = KU,其中,I为所述第二电流信号,U为所述线性放大后的第一电压信号,K为一个参数,随所述线性放大后的第一电压信号改变而改变。
[0018] 所述将所述第二电流信号转换成第三电压信号,具体为:
[0019] 所述第二电流信号经过第二计算公式转换成所述第三电压信号,所述第二计算公式为U = IR,其中,U为所述第三电压信号,I为所述第二电流信号,R为所述第二电流信号流经的压降电阻的阻值。
[0020] 本发明实施例还提供了一种电压采样电路,所述电路包括:
[0021] 采样传感器:用于采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的所述第一电流信号转换成第一电压信号;
[0022] 电压与电流转换电路:用于将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;
[0023] 压降电路:用于将所述第二电流信号转换成第三电压信号,并将所述第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
[0024] 所述电路还包括:
[0025] 运算放大电路:用于将所述第一电压信号线性放大;
[0026] 相应地,所述电压与电流转换电路具体用于:将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,所述线性放大后的第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系。
[0027] 所述电压与电流转换电路具体用于:
[0028] 将所述第一电压信号经过第一计算公式转换成所述第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;其中,所述第一计算公式为I = KU,其中,I为所述第二电流信号,U为所述第一电压信号,K为一个参数,随所述第一电压信号改变而改变。
[0029] 所述电压与电流转换电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一 NMOS管、 第二 NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,其中,所述第一运算放大器的正输入端接所述第一电阻的一端,所述第一电阻的另一端为所述电压与电流转换电路的输入端,所述第一运算放大器的输出端接第一 NMOS管的栅极,所述第一 NMOS管的源极接所述第一运算放大器的负输入端,同时所述第一 NMOS管的源极通过所述第二电阻接地,所述第一 NMOS管的漏极接所述第二运算放大器的负输入端,并且所述第一 NMOS管的漏极通过所述第三电阻与电源连接,所述第二运算放大器的输出端接所述第二 NMOS管的栅极,所述第二 NMOS管的漏极接所述第二运算放大器的正输入端,并且所述第二 NMOS管的漏极通过所述第四电阻与电源连接,所述第二 NMOS管的源极为所述电压与电流转换电路的输出端。
[0030] 所述压降电路包括压降电阻和A/D采样端口,其中,[0031] 压降电阻,用于将所述第二电流信号经过第二计算公式转换成所述第三电压信号;所述第二计算公式为U = IR,其中U为所述第三电压信号,I为所述第二电流信号,R为所述第二电流信号流经的压降电阻的阻值。
[0032] A/D采样端口,用于将所述第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
[0033] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0034] 为了达到精准采集电压的目的,将采集高低压转换系统母线上的电流信号转换成电压信号,电压信号经过放大后转换成电流信号进行传输,在整车控制系统端口再将电流信号转换成电压信号,将该电压信号转换成数字电压信号后,整车控制系统根据获得的数字电压信号控制高低压转换系统,克服了因为高低压转换系统与整车控制系统参考地不同,而造成的电压采集误差较大的问题。
附图说明
[0035] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036] 图1是本发明实施例一提供的电压采样方法流程图;
[0037] 图2是本发明实施例二提供的电压采样电路结构图;
[0038] 图3是本发明实施例三提供的电压与电流转换电路图。
具体实施方式
[0039] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0040] 实施例一
[0041] 为了克服由于高低压转换系统与整车控制系统之间参考地不同而致使采样电压误差较大的问题,本实施例提供一种电压采样方法,参见图1,该方法包括:
[0042] 101 :采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的第一电流信号转换成第一电压信号;
[0043] 102:将第一电压信号转换成第二电流信号,第一电压信号与第二电流信号呈线性关系;
[0044] 具体地,将第一电压信号转换成第二电流信号具体为:
[0045] 将第一电压信号经过第一计算公式转换成第二电流信号,第一计算公式为I = KU,其中,I为第二电流信号,U为第一电压信号,K为一个参数,随第一电压信号改变而改变。
[0046] 由于采自于高低压转换系统的第一电压信号比较弱,需要将第一电压信号线性放大,增强第一电压信号在传输过程中的抗干扰能力,减小噪声引入的误差。
[0047] 具体地,将第一电压信号转换成第二电流信号之前,还包括:
[0048] 将第一电压信号线性放大。[0049] 相应地,将第一电压信号转换成第二电流信号,第一电压信号与第二电流信号呈线性关系,具体为:
[0050] 将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,线性放大后的第一电压信号与第二电流信号呈线性关系。
[0051] 相应地,将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,具体为:
[0052] 线性放大后的第一电压信号经过第一计算公式转换成第二电流信号,第一计算公式为I = KU,其中,I为第二电流信号,U为线性放大后的第一电压信号,K为一个参数,随线性放大后的第一电压信号改变而改变。
[0053] 需要说明的是,在第一电压信号不变时,K值是固定不变的,也就是第二电流信号是不变的;若第一电压信号发生改变,会导致K值跟随发生改变,但是无论如何改变,第二电流信号和第一电压信号之间始终保持线性关系。
[0054] 103 :将第二电流信号转换成第三电压信号,并将第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
[0055] 具体地,将第二电流信号经过第二计算公式转换成第三电压信号,第二计算公式为U = IR,其中,U为第三电压信号,I为第二电流信号,R为第二电流信号流经的压降电阻的阻值。
[0056] 另外,由于整车控制系统能够识别数字信号,因此需要将第三电压信号转换成数字电压信号再传输给整车控制系统。
[0057] 需要说明的是:电压又称为电势差或者电位差,即两点之间的电位差值,因此可以看出,电压是一个相对值,它随着参考点的变化而发生变化。所以电压采集过程中,由于参考地不同,所得到的电压信号会有较大误差。
[0058] 综上所述,本实施例提供的电压采样方法,通过采集高低压转换系统母线上的电流信号,进而将电流信号转换成电压信号,将电压信号放大后,抗干扰能力增强,继而再将放大后的电压信号转换成电流信号进行传输,在整车控制端口将进行传输的电流信号再转换成电压信号,将该电压信号转换成数字电压信号输入整车控制系统,由整车控制系统通过数字电压信号控制高低压转换系统工作。本方法通过将电压信号转换成电流信号在两个系统之间进行传输,克服了由于高低压转换系统与整车控制系统参考地不同而导致的电压信号误差较大问题。
[0059] 实施例二
[0060] 参见图2,本实施例提供一种电压采样电路,包括:
[0061] 采样传感器21 :用于采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的第一电流信号转换成第一电压信号;
[0062] 电压与电流转换电路22 :用于将第一电压信号转换成第二电流信号,第一电压信号与第二电流信号呈线性关系;
[0063] 具体地,电压与电流转换电路22将第一电压信号经过第一计算公式转换成第二电流信号,第一计算公式为I = KU,其中,I为第二电流信号,U为第一电压信号,K为一个参数,随第一电压信号改变而改变。
[0064] 将电压信号转换成电流信号在高低压转换系统与整车控制系统之间进行传输,克服了两个系统之间因为电压参考地的值不同,而带来的电压采集的误差。[0065] 压降电路23:用于将第二电流信号转换成第三电压信号,并将第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
[0066] 具体地,压降电路23包括压降电阻和A/D采样端口,其中,
[0067] 压降电阻,用于将第二电流信号经过第二计算公式转换成第三电压信号,第二计算公式为U = IR,其中U为第三电压信号,I为第二电流信号,R为第二电流信号流经的压降电阻的阻值;
[0068] A/D采样端口,用于将第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系。
[0069] 该压降电阻为高精度电阻,压降电阻一端与整车控制系统的参考地连接,另一端接第二电流信号。第二电流信号流经该压降电阻,压降电阻两端的电压即为第三电压信号, 因此第三电压信号与第二电流信号之间的计算公式为U = IR,其中R为压降电阻的阻值。 第三电压信号经过A/D采样端口后获得数字电压信号。整车控制系统根据获得的数字电压信号对高低压转换系统进行控制。
[0070] 上述采样传感器21为电流传感器,其输出为第一电压信号,由于第一电压信号电压等级较低,信号比较弱,需要将第一电压信号线性放大,增强第一电压信号在传输过程中的抗干扰能力,减小噪声引入的误差。
[0071] 具体地,电压采样电路还包括:
[0072] 运算放大电路:用于将第一电压信号线性放大。
[0073] 相应地,电压与电流转换电路具体用于:将经过运算放大电路线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,线性放大后的第一电压信号与第二电流信号呈线性关系。
[0074] 相应地,电压与电流转换电路具体用于将经过运算放大电路线性放大后的第一电压信号经过第一计算公式转换成第二电流信号,线性放大后的第一电压信号与第二电流信号呈线性关系。其中,第一计算公式为I= KU,其中,I为第二电流信号,U为第一电压信号, K为一个参数,随线性放大后的第一电压信号改变而改变。
[0075] 需要说明的是,在第一电压信号不变时,K值是固定不变的,也就是第二电流信号是不变的;若第一电压信号发生改变,会导致K值跟随发生改变,但是无论如何改变,第二电流信号和第一电压信号之间始终保持线性关系。
[0076] 具体地,参见图3,电压与电流转换电路22包括:
[0077] 第一运算放大器Ul、第二运算放大器U2、第一 NMOS管Q1、第二 NMOS管Q2、第一电阻R5、第二电阻R6、第三电阻R7和第四电阻R8,其中,第一运算放大器Ul的正输入端接第一电阻R5的一端,第一电阻R5的另一端为电压与电流转换电路的输入端,第一运算放大器 Ul的输出端接第一 NMOS管Ql的栅极,第一 NMOS管Ql的源极接第一运算放大器Ul的负输入端,同时第一 NMOS管Ql的源极通过第二电阻R6接地,第一 NMOS管Ql的漏极接第二运算放大器U2的负输入端,并且第一 NMOS管Ql的漏极通过第三电阻R7与电源VCC连接, 第二运算放大器U2的输出端接第二 NMOS管Q2的栅极,第二匪OS管Q2的漏极接第二运算放大器U2的正输入端,并且第二 NMOS管Q2的漏极通过第四电阻R8与电源VCC连接,第二 NMOS管Q2的源极为电压与电流转换电路的输出端。
[0078] 电压与电流转换电路的输入端接第一电压信号,输出端输出的是第二电流信号, 通过调整电压与电流转换电路中电阻的阻值、运算放大器和NMOS管的参数,保证第二电流信号与第一电压信号保持线性关系,即第一电压信号通过第一计算公式转换成第二电流信号,第一计算公式为I =KU,其中,I为第二电流信号,U为第一电压信号,K为一个参数,随第一电压信号改变而改变。
[0079] 具体地,第一运算放大器Ul的正输入端接经过运算放大电路线性放大的第一电压信号V,第一运算放大器Ul的输出端接第一 NMOS管Ql的栅极,第一电压信号变化时,使第一 NMOS管Ql的漏极和源极之间的电阻线性变化,第一 NMOS管Ql的漏极和源极之间的电流也相应变化。例如,当第一电压信号变大时,第一运算放大器Ul输出电压也相应线性变大,即第一 NMOS管Ql栅极电压相应线性变大,从而使第一 NMOS管Ql漏极和源极之间的电阻线性变小,进而第一 NMOS管Ql漏极和源极之间的电流线性变大,第一电阻R6两端的电压也随着相应线性变大,即第一运算放大器Ul负输入端电压相应线性变大,从而限制了第一 NMOS管Ql栅极和源极之间电压缓慢线性变大,保证第一 NMOS管Ql工作在可变电阻区。
[0080] 同时第一 NMOS管Ql的漏极电压作为第二运算放大器U2的负输入端,跟随第一电压信号呈反向线性变化。第二运算放大器U2输出线性变大,第二 NMOS管Q2的漏极和源极之间的电阻线性变小,漏极和源极之间的电流线性变大,流经第三电阻R8两端的电压也随着相应线性变大,即第二运算放大器U2正输入端电压相应线性变小,从而限制第二 NMOS管 Q2栅极和源极之间电压缓慢线性变大,保证Q2工作在可变电阻区。
[0081] 综上所述,第一计算公式I = KU中的K值是随着第一点压信号变化而变化的,在第一点压信号变化时,第一 NMOS管漏源极之间的阻值发生变化,第一 NMOS管Ql的漏极的电压也会发生变化,第二运算放大器U2的负输入端与第一 NMOS管Ql的漏极连接,因此第二运算放大器U2的输出端电压信号发生变化,由于第二 NMOS管Q2的的栅极与第二运算放大器Q2的输出端连接,因此第二 NMOS管漏源极之间的电阻值会发生变化,进而流过第二 NMOS管漏源极的电流会跟着发生变化,也就是说K值会发生变化。
[0082] 综上所述,本实施例的电压采样电路,通过将电压信号转换成电流信号在两个系统之间传输,再使电流信号流过压降电阻,获得采样电压。有效解决了高低压转换系统与整车控制系统之间由于参考地不同,而导致的采样电压误差较大的问题。
[0083] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
[0084] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种电压采样方法,其特征在于,所述方法包括:采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的所述第一电流信号转换成第一电压信号;将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;将所述第二电流信号转换成第三电压信号,并将所述第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
2.如权利要求1所述的电压采样方法,其特征在于,所述将所述第一电压信号转换成第二电流信号之前,还包括:将所述第一电压信号线性放大;相应地,所述将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系,具体为:将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,所述线性放大后的第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系。
3.如权利要求1所述的电压采样方法,其特征在于,所述将所述第一电压信号转换成第二电流信号,具体为:所述第一电压信号经过第一计算公式转换成所述第二电流信号,所述第一计算公式为 I = KU,其中,I为所述第二电流信号,U为所述第一电压信号,K为一个参数,随所述第一电压信号改变而改变。
4.如权利要求2所述的电压采样方法,其特征在于,所述将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,具体为:将所述线性放大后的第一电压信号经过第一计算公式转换成所述第二电流信号,所述第一计算公式为I = KU,其中,I为所述第二电流信号,U为所述线性放大后的第一电压信号,K为一个参数,随所述线性放大后的第一电压信号改变而改变。
5.如权利要求1所述的电压采样方法,其特征在于,所述将所述第二电流信号转换成第三电压信号,具体为:所述第二电流信号经过第二计算公式转换成所述第三电压信号,所述第二计算公式为 U = IR,其中,U为所述第三电压信号,I为所述第二电流信号,R为所述第二电流信号流经的压降电阻的阻值。
6. 一种电压采样电路,其特征在于,所述电路包括:采样传感器:用于采集高低压转换系统母线上的第一电流信号,并将采集的所述第一电流信号转换成第一电压信号;电压与电流转换电路:用于将所述第一电压信号转换成第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;压降电路:用于将所述第二电流信号转换成第三电压信号,并将所述第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
7.如权利要求6所述的电压采样电路,其特征在于,所述电路还包括:运算放大电路:用于将所述第一电压信号线性放大;相应地,所述电压与电流转换电路具体用于:将线性放大后的第一电压信号转换成第二电流信号,所述线性放大后的第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系。
8.如权利要求6所述的电压采样电路,其特征在于,所述电压与电流转换电路具体用于:将所述第一电压信号经过第一计算公式转换成所述第二电流信号,所述第一电压信号与所述第二电流信号呈线性关系;其中,所述第一计算公式为I = KU,其中,I为所述第二电流信号,U为所述第一电压信号,K为一个参数,随所述第一电压信号改变而改变。
9.如权利要求6所述的电压采样电路,其特征在于:所述电压与电流转换电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,其中,所述第一运算放大器的正输入端接所述第一电阻的一端,所述第一电阻的另一端为所述电压与电流转换电路的输入端,所述第一运算放大器的输出端接第一 NMOS 管的栅极,所述第一 NMOS管的源极接所述第一运算放大器的负输入端,同时所述第一 NMOS 管的源极通过所述第二电阻接地,所述第一 NMOS管的漏极接所述第二运算放大器的负输入端,并且所述第一 NMOS管的漏极通过所述第三电阻与电源连接,所述第二运算放大器的输出端接所述第二 NMOS管的栅极,所述第二 NMOS管的漏极接所述第二运算放大器的正输入端,并且所述第二 NMOS管的漏极通过所述第四电阻与电源连接,所述第二 NMOS管的源极为所述电压与电流转换电路的输出端。
10.如权利要求6所述的电压采样电路,其特征在于,所述压降电路包括压降电阻和A/ D采样端口,其中,压降电阻,用于将所述第二电流信号经过第二计算公式转换成所述第三电压信号;所述第二计算公式为U= IR,其中U为所述第三电压信号,I为所述第二电流信号,R为所述第二电流信号流经的压降电阻的阻值;A/D采样端口,用于将所述第三电压信号转换成数字电压信号传输给整车控制系统。
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