CN105044422A - 一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法。本发明提供一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法，外界的信号经过分压限幅电路单元把信号进行衰减，再经过滤波电路单元把信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，然后再隔离电路内部进行AD与DA转化，并且实现隔离，之后再经过滤波放大电路单元处理，送进MCU系统单元处理。本发明的有益效果是：在安装方面，因为比较小巧，可以直接放置在PCB电路板上面，节省空间；在成本上面，这种采集方法硬件不是很贵，小于传统的互感器方式，控制精度高，MCU采集的方法和算法简单，在工程应用上面比较实用。

Description

一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法。

背景技术

目前，在新能源车辆领域，车上很多电子零部件都是高低压混合在一起的控制电子系统，如空调控制器、主电机控制器、电池管理系统、充电系统等，都需要检测外围的连续高压线性信号，如电压、电流等，这一些信号都需要与控制电路系统进行隔离，也就是高压系统和低压系统是不共地的控制系统，为此必须对这些线性信号进行隔离处理后，才可以输入低压控制系统。否则，高低压系统混杂在一起进行控制和运算，出现系统损坏的机率会大大增加，甚至威胁车辆和人身的安全，造成严重的后果。

现有方案1，如图1所示，传统的高压信号采集领域，如高压电流和电压信号，很多采用的是电压电流互感器，把高压大电流信号等比列的衰减为低压低电流的电信号，在经过先高采集电路，把这些信号转化为MCU可以识别的有效信号进行处理。这种采集方法比较容易受到原边影响，而且比较采集系统比较庞大。

现有方案2，如图2所示，在新能源车辆领域，如空调控制器、主电机控制器、电池管理系统、充电机等，检测信号，有一种采集电路，就是先把外界的线性信号进行模数转化，把信号转化为数字量，再通过数字光耦把信号传输到控制单元，通过MCU系统去读取和识别，最后进行控制元算。这种采集电路比较复杂，产品的工程化比较困难。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法，可以有效的把高压信号和低压进行隔离，并且把外围的高压信号，进行相应的线性处理，让MCU的模数转化口ADC可以识别与处理，该电路简单实用，线性信号的采集精度也高。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为提供一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法，外界的信号经过分压限幅电路单元把信号进行衰减，再经过滤波电路单元把信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，然后再隔离电路内部进行AD与DA转化，并且隔离，之后再经过滤波放大电路单元处理，送进MCU系统单元处理。

作为本发明的进一步改进，所述分压限幅电路单元是把高压信号处理变为电压性质的信号，把信号缩减或者衰减为隔离电路可以识别的电压幅值，并且还需要对信号进行限幅保护处理。

作为本发明的进一步改进，所述滤波电路单元使用RC滤波电路或者二阶滤波电路。

作为本发明的进一步改进，所述隔离电路是把外界的信号，先进行模数转化（AD），把模拟信号转化为数值信号；然后数值信号经过内部的隔离器件进行光电隔离，传输到副边电路；最后副边电路的数值信号再进行数模转化（DA），把隔离后的数值信号化为模拟信号进行输出。

作为本发明的进一步改进，所述隔离电路的原副边电源单元须满足2000VRMS/1min的绝缘耐压，以保证原边的高压信号不影响到低压控制信号。

作为本发明的进一步改进，所述滤波放大电路单元是进行滤波放大电路处理，使最后的线性电压信号转化为满足MCU的模数输入要求，并且还需要对信号进行最后一级滤波处理，滤除干扰尖刺。

作为本发明的进一步改进，所述原副边电源单元为两路独立的隔离电源，分别提供给原、副边电路。

作为本发明的进一步改进，所述隔离电源的电压幅值为5V±5%，电流在50mA内；并且原边电源电路，和原边的隔离信号之间必须满足隔离要求，所述隔离要求为2000VRMS/1min。

一种线性信号的高精度隔离电路，包括原副边电源单元及依次连接的分压限幅电路、滤波电路、隔离电路、滤波放大电路；所述原副边电源单元与隔离电路连接，提供隔离的电源；所述分压限幅电路把线性信号进行衰减，所述滤波单元对衰减后的线性信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，所述隔离电路对有效识别的信号进行AD和DA转换并且隔离，所述滤波放大电路单元对线性信号进行滤波放大处理，滤除干扰尖刺。

本发明的有益效果是：在安装方面，因为比较小巧，可以直接放置在PCB电路板上面，节省空间；在成本上面，这种采集方法不是很贵，小于传统的互感器方式，控制精度高，MCU采集的方法和算法简单，在工程应用上面比较实用。目前在新能源车辆的高压信号采集领域已经广泛使用，如电机控制器，充电机，电池管理系统等。

附图说明

图1是现有方案1的信号采集电路功能框图；

图2是现有方案2的信号采集电路功能框图；

图3是本发明的信号采集电路框图；

图4是本发明线性信号隔离采集电路在系统中的功能框图；

图5是一种实际应用的线性信号隔离采集电路拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图3所示，本发明电路的功能框图，包含分压限幅电路单元、滤波电路单元、隔离电路或芯片单元、滤波放大电路单元以及原副边电源单元组成。

如图3、图4所示，一种线性信号的高精度隔离电路及采集方法，外界的高压信号，如电流或者电压信号，一般幅值都很高，经过分压限幅电路单元后，把信号进行衰减，然后经过滤波电路单元，把外界信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，在隔离电路内部进行AD与DA转化，并且隔离，然后再经过滤波放大电路单元处理，最后送进MCU系统单元处理，如计算和控制。除了满足上述隔离和线性采集要求外，该采集电路的原副边，还必须满足一定的绝缘耐压要求，保证原副边的信号完全隔离。

所述分压限幅电路单元是把高压信号处理变为电压性质的信号，把信号缩减或者衰减为隔离电路可以识别的电压幅值，并且还需要对信号进行限幅保护处理。（输入信号的负极信号可以是真正的差分信号的负极，也可以为正信号的地线信号。）本电路单元的主要功能就是把外界的信号，如电压、电流等信号，先进行处理变为电压性质的信号，在进行合适的信号处理。具体到图3中，外界的输入信号+端进来后，经过R1和R2组成的分压电路，把信号缩减或者衰减为隔离电路可以识别的电压幅值，如±200mV或者±3V；并且还需要对信号进行严格的限幅保护处理，以免损坏芯片电路。其中，衰减电路除了图中的R1和R2的分压电路外，其他电路也可以。另外，输入信号的负极信号，既可以是真正的差分信号的负极，也可以为正信号的地线信号。

上述衰减后满足要求的信号，在进入隔离电路前，就需要进行滤波处理。图3中采取的是R3和C2组成的RC滤波电路，也可以采用二阶滤波电路。

所述隔离电路是本电路的核心电路部分，把满足电压幅值和电流特性的电压信号，进入隔离电路内部进行处理。外界的模拟信号，先进行模数转化（AD），把模拟信号转化为数值信号；然后数值信号经过内部的隔离器件进行光电隔离，传输到副边电路；最后副边电路的数值信号再进行数模转化（DA），把隔离后的数值信号化为模拟信号进行输出。(有一个专门的名称:Σ-△转化)在这个复杂的转化过程中，起初的模拟输入信号和最终的输出模拟信号之间，一般会有一定的倍率关系，一种如输入±200mV，输出±1.6V；（1:8）；另外一种如输入±3V，输出±3V；（1:1）；该隔离电路，还必须满足一定要求的绝缘耐压，如原副边满足2000VRMS/1min等，以保证原边的高压信号不影响到低压控制信号。

实现上述的这个功能的电路，可以采用专用的线性光电耦合器芯片（如AVAGO公司的ACPL-782T、C80系列芯片等）来实现，也可以自己搭建电路来实现。

经过隔离处理后的线性信号，一般还不能满足MCU的ADC口输入的电气要求，还需要进行滤波放大电路处理，使最后的线性电压信号转化为满足MCU的模数输入要求，并且还需要对信号进行最后一级滤波处理，滤除干扰尖刺。

在这个隔离线性信号采集电路系统中，因为原副边隔离，因此需要2路独立的隔离电源，分别提供给原、副边电路。

另隔离电源的电压幅值为5V±5%，电流在50mA内；并且原边电源电路，和原边的隔离信号之间必须满足隔离要求，如2000VRMS/1min等。

一种线性信号的高精度隔离电路，包括原副边电源单元及依次连接的分压限幅电路、滤波电路、隔离电路、滤波放大电路；所述原副边电源单元与隔离电路连接，提供隔离的电源；所述分压限幅电路把线性信号进行衰减，所述滤波单元对衰减后的线性信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，所述隔离电路对有效识别的信号进行AD和DA转换并且隔离，所述滤波放大电路单元对线性信号进行滤波放大处理，滤除干扰尖刺。

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普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：外界的信号经过分压限幅电路单元把信号进行衰减，再经过滤波电路单元把信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，然后再隔离电路内部进行AD与DA转化，并且隔离，之后再经过滤波放大电路单元处理，送进MCU系统单元处理。

2.根据权利要求1所述线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：所述分压限幅电路单元是把高压信号处理变为电压性质的信号，把信号缩减或者衰减为隔离电路可以识别的电压幅值，并且还需要对信号进行限幅保护处理。

3.根据权利要求1所述线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：所述滤波电路单元使用RC滤波电路或者二阶滤波电路。

4.根据权利要求1所述线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：所述隔离电路是把外界的信号，先进行模数转化AD，把模拟信号转化为数值信号；然后数值信号经过内部的隔离器件进行光电隔离，传输到副边电路；最后副边电路的数值信号再进行数模转化DA，把隔离后的数值信号化为模拟信号进行输出。

5.根据权利要求1所述线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：所述隔离电路的原副边电源单元须满足2000VRMS/1min的绝缘耐压，以保证原边的高压信号不影响到低压控制信号。

6.根据权利要求1所述线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：所述滤波放大电路单元是进行滤波放大电路处理，使最后的线性电压信号转化为满足MCU的模数输入要求，并且还需要对信号进行最后一级滤波处理，滤除干扰尖刺。

7.根据权利要求5所述线性信号的高精度隔离电路采集方法，其特征在于：所述原副边电源单元为两路独立的隔离电源，分别提供给原、副边电路。

8.根据权利要求7所述线性信号的高精度隔离采集方法，其特征在于：所述隔离电源的电压幅值为5V±5%，电流在50mA内；并且原边电源电路，和原边的隔离信号之间必须满足隔离要求，所述隔离要求为2000VRMS/1min。

9.一种使用如权利要求1所述的线性信号的高精度隔离电路，其特征在于：包括原副边电源单元及依次连接的分压限幅电路、滤波电路、隔离电路、滤波放大电路；所述原副边电源单元与隔离电路连接，提供隔离的电源；所述分压限幅电路把线性信号进行衰减，所述滤波单元对衰减后的线性信号调理为隔离电路可以有效识别的信号，所述隔离电路对有效识别的信号进行AD和DA转换并且隔离，所述滤波放大电路单元对线性信号进行滤波放大处理，滤除干扰尖刺。