CN103163359B - 一种超级电容单体电压采样测量电路 - Google Patents

一种超级电容单体电压采样测量电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超级电容单体电压采样测量电路，包括：正极分压采样电路、负极分压采样电路、比例运算电路、连接在所述正极分压采样电路的输出端与所述比例运算电路的反向输入端之间的第一匹配电阻、以及连接在所述负极分压采样电路的输出端与所述比例运算电路的同向输入端之间的第二匹配电阻；所述比例运算电路包括运放、连接在运放的输出端和反向输入端之间的反馈电阻、连接在运放的同向输入端和地之间的平衡电阻。与现有技术相比本发明的电路具有无需与高电位待测电容共地、无需高压隔离，且在保持较高测量精度的前提下，具有简化电路结构、降低电路成本、延长电路寿命的有益效果。

Description

一种超级电容单体电压采样测量电路
技术领域
本发明涉及多组串联、并联、混联型超级电容单体电压采样测量技术领域，尤其涉及一种超级电容单体电压采样测量电路。
背景技术
现有针对超级电容单体电压采样电路多种多样，有共模测量法、继电器切换提取电压法、V/F转换无触点采样提取电压法、浮动地技术测量法，但以上方法均存在精度偏低、电路寿命短、成本高等诸多明显弊端。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种无需与高电位待测电容共地、无需高压隔离的超级电容单体电压采样测量电路，在保持较高测量精度的前提下，简化电路结构、降低电路成本、延长电路寿命。
本发明的技术问题通过以下技术手段予以解决：
一种超级电容单体电压采样测量电路，其特征在于，包括：正极分压采样电路、负极分压采样电路、比例运算电路、连接在所述正极分压采样电路的输出端与所述比例运算电路的反向输入端之间的第一匹配电阻、以及连接在所述负极分压采样电路的输出端与所述比例运算电路的同向输入端之间的第二匹配电阻；
所述正极分压采样电路包括第一分压电阻和第三分压电阻，第一分压电阻的第一端与超级电容单体的正极连接、第二端与第三分压电阻的第一端连接，第三分压电阻的第二端接地；
所述负极分压采样电路包括第二分压电阻和第四分压电阻，第二分压电阻的第一端与超级电容单体的负极连接、第二端与第四分压电阻的第一端连接，第四分压电阻的第二端接地；
所述比例运算电路包括运放、连接在运放的输出端和反向输入端之间的反馈电阻、连接在运放的同向输入端和地之间的平衡电阻。
优选地：
还包括跨接在所述正极分压采样电路的输出端与所述负极分压采样电路的输出端之间的滤波电容。
第一分压电阻的阻值等于第二分压电阻的阻值；第三分压电阻的阻值等于第四分压电阻的阻值。
第一匹配电阻的阻值等于第二匹配电阻的阻值；反馈电阻的阻值等于平衡电阻的阻值。
本发明的电路由一端接地的正、负极分压采样电路分别对超级电容单体的正负极进行电压采样，然后输入至比例运算电路，有比例运算电路的输出可获得超级电容单体的电压值；与现有技术相比，因为串联电容组组成的电路共模电压很高，高达几百伏，采用本发明的测量电路对每一个待测超级电容，可解决共模电压过高需要隔离的难题，因为本发明的电路里已经通过降压达到了隔离效果；在解决了高压隔离及测量电路与被测电容不共地问题的同时，本发明电路所选用的元件均是便宜的常用元件，经济实惠耐用（避免采用昂贵的隔离型运放或采用昂贵的固态继电器阵列切换轮巡采样），且通过调整电阻R1-R8的电阻值，即能够实现任意电压范围的超级电容单体电压的高精度测量。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的电路图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本实施例的的超级电容单体电压采样测量电路的电路图，UCn-1、UCn、UCn+1为超级电容单体，其中UCn的电压为待测量电压，本发明的采样测量电路包括由正极分压采样电路和负极采样分压电路组成的差分采样电路、比例运算电路、第一匹配电阻R5、及第二匹配电阻R6组成。本实施例的电路图在测量串联、并联或串并联混合的多个超级电容的各个单体电容电压时，每个电容均需配置一个采样测量电路，组成采样阵列；比如有10个电容串联则需要10个本电路，可同时测量出10个电容的每一个电压！
正极分压采样电路包括第一分压电阻R1和第三分压电阻R3，第一分压电阻R1的第一端与超级电容单体UCn的正极连接、第二端与第三分压电阻R3的第一端连接，第三分压电阻R3的第二端接地，第一分压电阻R1与第三电阻R3相连的结点为该分压采样电路的输出端；负极分压采样电路包括第二分压电阻R2和第四分压电阻R4，第二分压电阻R2的第一端与超级电容单体UCn的负极连接、第二端与第四分压电阻R4的第一端连接，第四分压电阻R4的第二端接地，第二分压电阻R2与第四电阻R4相连的结点为该分压采样电路的输出端；在上述分压采样电路中第一分压电阻R1和第二分压电阻R2为阻值相等的大电阻，优选接近或大于1M欧姆，而第三分压电阻R3和第四分压电阻R4相比于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2则为阻值相等的小电阻，一般宜选用几十千欧姆，从而取样获得的反应超级电容单体UCn正负极对地电压大小的电压的电压值较小，避免了对后级电路的破坏。各个分压电阻的取值依照待测量的串联超级电容组电压不同而变化，电压越高则电阻阻值越大。
第一匹配电阻R5的一端与正极分压采样电路的输出端连接，另一端与比例运算电路的反向输入端（即运放U1的反向输入端）连接，第二匹配电阻R6的一端与负极分压采样电路的输出端连接，另一端与比例运算电路的同向输入端（即运放U1的同向输入端）连接，其中，第一匹配电阻R5与第二匹配电阻R6的阻值优选相等。
比例运算电路为一差分放大电路，其包运放U1、连接在运放U1的输出端和反向输入端之间的反馈电阻R7、以及连接在运放U1的同向输入端和地之间的平衡电阻R8，反馈电阻R7和平衡电阻R8的阻值优选相等。
上述电阻R5~R8的电阻取值根据我们所需运放输出电压不同而不同，一般如果要高输出电压，则R7、R8阻值要提高，常用一般取0~5V输出电压，输出电压送给AD转换器进行模数转换后得到实际的电容电压值。
本发明的电路利用其差分取样电路取样待测电容单体正负极的电压，并利用比例运算电路将差分取样的两个信号转换为以地为参考的压差信号，从而实现对超级电容单体电压的采样测量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超级电容单体电压采样测量电路，其特征在于，包括：正极分压采样电路、负极分压采样电路、比例运算电路、连接在所述正极分压采样电路的输出端与所述比例运算电路的反向输入端之间的第一匹配电阻(R5)、以及连接在所述负极分压采样电路的输出端与所述比例运算电路的同向输入端之间的第二匹配电阻(R6)；
所述正极分压采样电路包括第一分压电阻(R1)和第三分压电阻(R3)，第一分压电阻(R1)的第一端与超级电容单体的正极连接、第一分压电阻(R1)的第二端与第三分压电阻(R3)的第一端连接，第三分压电阻(R3)的第二端接地；
所述负极分压采样电路包括第二分压电阻(R2)和第四分压电阻(R4)，第二分压电阻(R2)的第一端与超级电容单体的负极连接、第二分压电阻(R2)的第二端与第四分压电阻(R4)的第一端连接，第四分压电阻(R4)的第二端接地；
所述比例运算电路包括运放(U1)、连接在运放(U1)的输出端和反向输入端之间的反馈电阻(R7)、以及连接在运放(U1)的同向输入端和地之间的平衡电阻(R8)；
所述第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的电阻值大于1M欧姆。
2.根据权利要求1所述的超级电容单体电压采样测量电路，其特征在于：还包括跨接在所述正极分压采样电路的输出端与所述负极分压采样电路的输出端之间的滤波电容(C)。
3.根据权利要求1所述的超级电容单体电压采样测量电路，其特征在于：第一分压电阻(R1)的阻值等于第二分压电阻(R2)的阻值；第三分压电阻(R3)的阻值等于第四分压电阻(R4)的阻值。
4.根据权利要求1所述的超级电容单体电压采样测量电路，其特征在于：第一匹配电阻(R5)的阻值等于第二匹配电阻(R6)的阻值；反馈电阻(R7)的阻值等于平衡电阻(R8)的阻值。
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