CN103383407A - 一种高共模抑制的电池组电压采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高共模抑制的电池组电压采样电路，该电压采样电路用于采集多串电池组中任意一个电池的电压，其包括运算放大器（U1），其特征在于：所述的电压采样电路还包括第一电阻（RA1）、MOS管（M1）和第二电阻（RA2）；所述运算放大器（U1）的同相输入端一路通过第一电阻（RA1）连接到受采集电池的正极，另一路与所述MOS管（M1）的漏极相连接，运算放大器（U1）的反相输入端连接到受采集电池的负极，输出端连接到MOS管（M1）的栅极，所述MOS管（M1）的源极通过第二电阻（RA2）接地，并且其与第二电阻（RA2）的连接点作为电压采样电路的输出端。本发明的电压采样电路的电压采样精度高。

Description

一种高共模抑制的电池组电压采样电路

技术领域

本发明涉及一种高共模抑制的电池组电压采样电路，其主要应用于高精度模拟信号采集，尤其是多串电池管理系统之类需要大范围、高精度电压采集的应用。

背景技术

高性能电池管理系统需要对多串电池组中的单节电池电压进行采集、处理，但随着每节电池位置不同，每节电池正负极的共模电压会有很大差别，而且随着电池荷电状态不一样，即使是同一节电池，其正负极的共模电压也会在不同时刻有很大变化。而电池管理系统对每节电池的电压采集精度要求又很高，因此，需要高共模抑制比的电压采样电路满足应用要求。

如图1所示，现有技术中应用于多串电池组的电压采样电路通过电阻分压实现，其接在多串电池组中受测电池B1的两端，包括电阻R1A、R1B、R1C、R2A、R2B和R2C，运算放大器U1，以及参考电压Vref；其中，运算放大器U1的输出端为电压采样电路的输出端Vo，各个电阻的阻值存在以下关系：R1A=R2A=24R，R1C=R2C=24R，R1B=R2B=R，R为单位阻值。若电路中各电阻均理想匹配，则电池B1的共模电压有ΔV变化时，运算放大器U1输出保持为Vbat+Vref（受测电池B1和参考电压Vref的电压之和）不变，仅在运算放大器U1的输入端有一ΔV/25的变化，以此实现对受测电池B1的电压采集。但若电路中有任何电阻不匹配时，比如电阻R2A有1%失配，则可以推导出在电池B1有共模电压变化ΔV时，运算放大器U1的输出电压也会有ΔV*0.96%的变化，共模抑制比为40.35dB。而在实际应用中，若两节电池的共模电压相差50V，则由于电阻失配就会造成480mV的测量误差。

综上所述，上述现有技术中应用于多串电池组的电压采样电路存在以下不足：

第一，受到电阻匹配精度的影响，上述电压采样电路的共模抑制比很难提高，造成电压测量误差随共模电压变化而有很大变化；

第二，上述电压采样电路的测量误差随受测电池在电池中的位置不同而不同，无法保证对受测电池测量的一致性，降低了电池管理系统的性能；

第三，为了使性能达到要求，上述电压采样电路中的电阻常常需要采用极高精度的校准或修调，这大大增加了生产成本和芯片面积。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种高采集精度、高共模抑制的电压采样电路。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方法如下：

一种高共模抑制的电池组电压采样电路，该电压采样电路用于采集多串电池组中任意一个电池的电压，其包括运算放大器，其特征在于：所述的电压采样电路还包括第一电阻、MOS管和第二电阻；所述运算放大器的同相输入端一路通过第一电阻连接到受采集电池的正极，另一路与所述MOS管的漏极相连接，运算放大器的反相输入端连接到受采集电池的负极，输出端连接到MOS管的栅极，所述MOS管的源极通过第二电阻接地，并且其与第二电阻的连接点作为电压采样电路的输出端。

作为第一电阻和第二电阻的优选实施方式，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等。

作为本发明的一种改进，所述的电压采样电路还包括第一开关、第二开关和第三电阻；所述受采集电池的正极通过第一开关与所述第一电阻相连接，该第一开关与第一电阻的连接点通过所述第二开关连接到受采集电池的负极，所述第一开关和第二开关循环交替的开关，并且该开关频率高于电压采样电路对受采集电池电压的采样频率，所述运算放大器的同相输入端通过第三电阻连接到受采集电池的正极。

作为本发明的一种实施方式，所述第一开关和第二开关均为晶体管，并且它们分别受相位相反的开关信号控制工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明设置运算放大器和MOS管等，其并不采用现有技术中的电阻串联分压方式，而是采用了电流传递采样信号的方式，通过运算放大电路，在一个电阻上实现电压至电流的转换，再在第二电阻上实现电流至电压的转换，使得共模电压的变化并不在任何电阻上产生压降变化，因此也不会对电路的输出电压产生影响，其解决了传统电阻分压方案中电阻失配影响共模抑制比的问题，无需额外成本就实现了高精度以及更高电压的电压采集。

第二，本发明设置有由第一开关和第二开关组成的偏移消除电路，利用开关的切换使运算放大器的同相输入端通过第一电阻与与受采集电池的正、负极交替相连，实现了对运算放大器的偏移及低频噪声的消除，进一步提高了电压采样电路的电压采集精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为现有技术中的电压采样电路的电路原理图；

图2为本发明的电压采样电路的电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的高共模抑制的电池组电压采样电路用于采集多串电池组中任意一个电池的电压，其包括运算放大器U1、第一电阻RA1、MOS管M1、第二电阻RA2、第一开关SW1、第二开关SW2和第三电阻RB，其中，第一电阻RA1和第二电阻RA2的阻值相等，第一开关SW1和第二开关SW2均为晶体管，并且它们分别受相位相反的开关信号控制工作，即第一开关SW1和第二开关SW2循环交替的开关，并且该开关频率高于电压采样电路对受采集电池电压的采样频率。运算放大器U1的同相输入端分为三路，同相输入端的第一路连接到第一电阻RA1的一端，而第一电阻RA1的另一端则通过第一开关SW1连接到受采集电池的正极，并通过第二开关SW2连接到受采集电池的负极，同相输入端的第二路通过第三电阻RB连接到受采集电池的正极，同相输入端的第三路则与MOS管M1的漏极相连接，运算放大器U1的反相输入端连接到受采集电池的负极，输出端连接到MOS管M1的栅极，MOS管M1的源极通过第二电阻RA2接地，并且其与第二电阻RA2的连接点作为电压采样电路的输出端。

本发明的工作原理如下：

上述第一开关SW1和第二开关SW2循环交替的开关，使得运算放大器U1的同相输入端通过第一电阻RA1与与受采集电池的正、负极交替相连。在每个电压采样电路对受采集电池电压的采样周期中：首先，第一开关SW1导通，第二开关SW2断开，第一电阻RA1与受采集电池的正极相连接，第二电阻RA2上的压降为Vbat*(RA1+RB)/RA2（式中，Vbat表示受采集电池的电压，RA1表示第一电阻RA1的阻值，RB表示第三电阻RB的阻值，RA2表示第二电阻RA2的阻值）；然后，第二开关SW2导通，第一开关SW1断开，第二电阻RA2上的压降为Vbat*RB/RA2。两个周期的电压之差为Vbat*RA1/RA2=Vbat。因此，电池共模电压的变化并不会造成第二电阻RA2上有任何压降变化，因此没有传统结构中的共模抑制问题。而且通过两个周期的切换，运放造成的偏移或低频噪声（闪烁噪声）在电压相减时会被消除。

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，例如，上述第一电阻RA1和第二电阻RA2的阻值也可以根据采样电路的应用需要而成一定的倍率关系，均落在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种高共模抑制的电池组电压采样电路，该电压采样电路用于采集多串电池组中任意一个电池的电压，其包括运算放大器（U1），其特征在于：所述的电压采样电路还包括第一电阻（RA1）、MOS管（M1）和第二电阻（RA2）；所述运算放大器（U1）的同相输入端一路通过第一电阻（RA1）连接到受采集电池的正极，另一路与所述MOS管（M1）的漏极相连接，运算放大器（U1）的反相输入端连接到受采集电池的负极，输出端连接到MOS管（M1）的栅极，所述MOS管（M1）的源极通过第二电阻（RA2）接地，并且其与第二电阻（RA2）的连接点作为电压采样电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的高共模抑制的电池组电压采样电路，其特征在于：所述第一电阻（RA1）和第二电阻（RA2）的阻值相等。

3.根据权利要求1或2所述的高共模抑制的电池组电压采样电路，其特征在于所述的电压采样电路还包括第一开关（SW1）、第二开关（SW2）和第三电阻（RB）；所述受采集电池的正极通过第一开关（SW1）与所述第一电阻（RA1）相连接，该第一开关（SW1）与第一电阻（RA1）的连接点通过所述第二开关（SW2）连接到受采集电池的负极，所述第一开关（SW1）和第二开关（SW2）循环交替的开关，并且该开关频率高于电压采样电路对受采集电池电压的采样频率，所述运算放大器（U1）的同相输入端通过第三电阻（RB）连接到受采集电池的正极。

4.根据权利要求3所述的高共模抑制的电池组电压采样电路，其特征在于：所述第一开关（SW1）和第二开关（SW2）均为晶体管，并且它们分别受相位相反的开关信号控制工作。

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