CN107782957A - 共模电压存在时的差分电压检测方法及电池电压检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共模电压存在时的差分电压检测方法及电池电压检测装置。其中检测方法用于对存在共模电压的设备的两端的差分电压进行检测，其使用设置有发光二极管及光电转换元件的电压检测模块对要进行电压检测的设备进行差分电压检测；将所要进行电压检测的设备的正向输出端连接发光二极管的阳极，设备的负向输出端连接发光二极管的阴极；电压检测模块中的光电转换元件与发光二极管相对应设置，光电二极管能够接收发光二极管发出的光并产生相应的电信号，作为设备的差分电压检测信号。使用这种检测方式，能够很好的避免共模电压的影响。且从所述被测的设备中取电少，不需要额外电源，同时电压输出线性范围大。

Description

共模电压存在时的差分电压检测方法及电池电压检测装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种共模电压存在时的差分电压检测方法及电池电压检测装置。

背景技术

在光伏发电站及汽车电池等电池应用领域中，很多时候需要对电池两端的较小的差分电压进行检测。而且一般情况下，电池中会包含多个串联的组件，待检测的组件两端会存在较大的共模电压，共模电压的存在会给电池组件两端的差分电压的测量造成困难。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种利用简单结构对电池等共模电压较高的设备进行差分电压检测的共模电压存在时的差分电压检测方法及电池电压检测装置。

为实现本发明目的提供的一种共模电压存在时的差分电压检测方法，用于对存在共模电压的设备的两端的差分电压进行检测，使用设置有发光二极管及光电转换元件的电压检测模块对要进行电压检测的设备进行差分电压检测；

具体的：

将所要进行电压检测的设备的正向输出端连接发光二极管的阳极，所述设备的负向输出端连接发光二极管的阴极；

所述电压检测模块中的光电转换元件与所述发光二极管相对应设置，所述光电二极管能够接收所述发光二极管发出的光并产生相应的电信号，作为所述设备的差分电压检测信号。

在其中一个实施例中，所述光电转换元件为光电二极管。

在其中一个实施例中，所述电压检测模块中还设置有过流保护装置；所述过流保护装置一端与所述发光二极管的阳极连接，另一端用于连接所述正向输出端，和/或所述过流保护装置一端与所述发光二极管的阴极连接，另一端用于连接所述负向输出端。

在其中一个实施例中，所述电压检测模块中还设置有限流电阻；所述限流电阻一端与所述发光二极管的阳极连接，另一端用于连接所述正向输出端；和/或所述限流电阻一端与所述发光二极管的阴极连接，另一端用于连接所述负向输出端。

在其中一个实施例中，所述电压检测模块中设置有两个以上所述发光二极管。

在其中一个实施例中，两个以上所述发光二极管顺次串联连接。

在其中一个实施例中，所述电压检测模块中设置有两个以上所述光电二极管。

在其中一个实施例中，两个以上所述光电二极管顺次串联连接。

基于同一发明构思还提供一种电池电压检测装置，包括电压检测模块，所述电压检测模块设置有发光二极管和光电转换元件，且所述光电转换元件为光电二极管；所述电池电压检测装置通过前述任一实施例的检测方法对所检测的电池两端的差分电压进行检测。

在其中一个实施例中，所述光电二极管两端连接模数转换器。

基于同一发明构思，还提供一种集成芯片，包括功能电路模块，所述功能电路模块两端存在共模电压及差分电压，还包括电压检测模块，所述电压检测模块设置有发光二极管和光电转换元件，且所述光电转换元件为光电二极管；所述电压检测模块通过前述任一实施例的检测方法对所检测的功能电路模块两端的差分电压进行检测。

本发明的有益效果包括：本发明提供的一种共模电压存在时的差分电压检测方法，其采用光电耦合的形式，利用发光二极管只对其两端的差分电压敏感的特性，使用发光二极管感测被测设备两端的电压，并相应的转换为光能量，并进一步通过光电转换元件再将光能转换为电能，从而得到与设备两端的电压相对应的电信号。使用这种检测方式，能够很好的避免共模电压的影响。且从所述被测的设备中取电少，不需要额外电源，同时电压输出线性范围大。

附图说明

图1为一实施例中电压检测模块构成示意图；

图2为一实施例中对被测设备电压进行检测的输出曲线；

图3为电池电压检测装置与标准光伏组件连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的共模电压存在时的差分电压检测方法及电池电压检测装置的具体实施方式进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的共模电压存在时的差分电压检测方法，用于对存在共模电压的设备的两端的差分电压进行检测。当然，对于不存在共模电压的设备两端的较小差分电压也可以用该方法进行检测。其中，所述设备包括汽车用电池以及光伏发电站中所使用的标准光伏组件。

对于所述标准光伏组件，应用在光伏发电站中的标准光伏组件常由多个(如60个)光伏电池片组成，电流约为10～15A，电压约为30～40V。而光伏电站常常由多个这样的标准光伏组件串联后再并联构成发电输出单元，这种情况下对串联单元中的标准光伏组件而言会存在较大的共模电压。因此，在对标准光伏组件的工作状态，其两端的电压进行检测、测量时，需要克服共模电压的干扰，而且最好是使用较少的能量消耗来完成差分电压的检测。而本发明实施例的差分电压检测方法，恰好能达到对光伏发电站中的所述标准光伏组件的差分电压的检测。对于车用电池组件同样也能够采用本实施例的检测方法对电池两端的差分电压进行检测。

具体的，本实施例的差分电压检测方法中，其也是通过设置的电压检测模块100对相关设备进行检测。所述电压检测设备包括两端差分电压敏感的发光二极管(LED)，以及相配套设置的光电转换元件。且如图1所示，所述光电转换元件可以为光敏元件光电二极管(PD)。

在对设备进行差分电压检测时，将设备的正向输出端连接发光二极管的阳极，设备的负向输出端连接发光二极管的阴极。从而发光二极管能够感受设备两端的电压差值也即差分电压，并能够根据接收到的电能进行光能的转换，二极管发光。而电压检测模块中的光电二极管与发光二极管是相对应设置的，其能接收发光二极管发出的光能，并根据接收到的光能相应的转换为电能进行输出，即，得到相应的电信号，作为设备检测的差分电压检测信号。

本实施例的差分电压检测方法，利用了光电二极管只对其两端的差分电压敏感，而对其两端的共模电压不敏感的特性，且利用了光电二极管的输出受输入光的调控特性。能够克服共模电压存在时差分电压检测的问题。且电压检测模块的输入端(发光二极管)从被测端、被测设备获取电量少，电压检测模块的输入端不需要额外电源。输出端的光电二极管能够线性的跟随输入端的发光二极管检测到的输入差分电压。因此，采用这种方式对设备两端的差分电压进行检测，检测电压输出线性范围大。且采用发光二极管和光电二极管相互配合进行差分电压检测，检测成本低，检测过程安全。

需要说明的是，上述实施例中是采用光电二极管作为光敏元件感受发光二极管端的发出光的变化，并转换为相应的电能，并输出相应的电信号。在其他实施例中，也可以采用其他光敏元件构成输出端，如采用光电倍增管设置在电压检测模块的输出端。

对于上述实施例中的发光二极管和光电二极管，可将两种元件同时设置在耦合腔室中，以提高光电二极管与发光二极管之间的光电转换性能。

另外，对于输入端的发光二极管，数量可以为多个。将多个发光二极管顺次串联构成一个电压检测模块的输入端组件。如图1所示，输入端的第一发光二极管LED1，……，第n发光二极管LEDn共同构成输入端组件，输入端组件共同感知第一输入引脚和第二输入引脚之间的差分电压，并转换为相应的光能。所述第一输入引脚连接被检测装置的正向输出端，所述第二输入引脚连接被检测装置的负向输出端。所述正向输出端和所述负向输出端为所检测的设备(如电源)的电能输出的两端，且所述正向输出端的绝对电压比所述负向输出端的绝对电压高。

相对应的，电压检测模块的输出端的光电二极管也可以有多个，多个光电二极管构成输出端组件。如图1所示，输出端的第一光电二极管PD1，……，第n光电二极管PDn构成输出端组件。输出端组件共同接收输入端组件发出的光，并根据接收到的光能转换为相应的电能，并以电信号的形式检测结果。

还需要说明的是，对于输入端组件，可由多个发光二极管串联后再并联构成；相应的，输出端组件也可以由多个光电二极管串联后再并联构成。但是对于所相互串联的发光二极管的数量，相互串联的光电二极管的数量，以及分别设置的并联的组数，可根据需要进行设置。且输入端组件包含的发光二极管的数量与输出端组件包含的光电二极管的数量可以相同，也可以不同。如，可设置较多数量的发光二极管，设置较少数量的光电二极管；也可以设置较少数量的发光二极管，设置较多数量的光电二极管。

另外，为了保证电压检测模块的稳定运行，还可以在电压检测模块中设置限流电阻。具体的限流电阻的设置位置，如图1所示，可分别在第一输入引脚和输入端组件(发光二极管的阳极)之间串联一个限流电阻R1，即限流电阻R1的一端连接第一输入端，另一端连接发光二极管的阳极；在第二输入引脚和输入端组件(发光二极管的阴极)之间串联一个限流电阻R2，即限流电阻R2的一端连接第二输入端，另一端连接发光二极管的阴极。通过两个限流电阻的共同作用保护输入端组件中的反光二极管的正常工作，以使发光二极管感知输入端的电压变化，并转换为相应的光能。

在其他实施例中，也可以只在第一输入引脚和发光二极管的阳极之间串联限流电阻，或者只在第二输入引脚和发光二极管的阴极之间串联限流电阻。

对于所述限流电阻的阻值，可根据实际测量的设备(电池)的差分电压的大小及输入端组件中串联或者并联的发光二极管的数量以及并联的方式进行设定。

如图1所示，为了防止电流过高影响输入端的发光二极管的正常工作。可在第一输入引脚或者如图所示的限流电阻R1与发光二极管的阳极之间连接过流保护装置OP1，且最好是只用自恢复过流保护装置。并可同时在第二输入引脚或者限流电阻R2与发光二极管的阴极之间也连接过流保护装置OP2。当然，在其他实施例中，也可只在所述第二输入引脚或者限流电阻R2与发光二极管的阴极之间连接过流保护装置OP2。且接入的两个过流保护装置可完全相同。

进一步的，对于图1中所示的限流电阻R1与其串联的过流保护装置之间没有严格的前后关系，即，在第一输入引脚和发光二极管的阳极之间按顺序，可先设置限流电阻R1再串联过流保护装置，也可以先设置过流保护装置再串联限流电阻R1。相类似的，在第二输入引脚和发光二极管的阴极之间也可以先设置限流电阻R2，或者也可以先设置过流保护装置。

如图2所示，为应用前述的共模电压存在时的差分电压检测方法进行某设备的差分电压检测的检测结果示意图。其是本发明的差分电压检测方法进行电压检测时的典型输出曲线。其中，横轴为待测的差分电压数值，纵轴为光电二极管模组(输出端组件)的输出电压值。从图中可以看出，光电二极管模组的输出电压，也即图1中第一输出引脚和第二输出引脚之间的输出电压，与待测的设备两端的差分电压在关注区域内呈现良好的线性。通过对光电二极管模组两端的电压进行模数转换，可直接得到输入端的差分电压信息。

基于同一发明构思，还提供一种电池电压检测装置01，其内部设置有前述任一实施例的电压检测模块，如可设置有包含图1所述的电压检测模块100。同样，电压检测模块中设置有发光二极管和光电二极管。电池电压检测装置通过前述任一实施例的检测方法对所检测的电池两端的差分电压进行检测。

具体的，所述电池电压检测装置还可包括一个壳体，及一个电路板，并在所述电路上配置所述电压检测模块。所述电压检测模块的第一输入引脚和第二输入引脚可通过引线引出到所述壳体的外部。并在外部设置相应的接入部件，如接入插孔。在另一实施例中，所述第一输入引脚和所述第二输入引脚也可以采用检测指针的方式引出，从而能够更加便利的对待检测的设备的两端的差分电压进行检测。

相应的，输出端的第一输出引脚和第二输出引脚也可以以引线或者连接插孔的方式设置到所述电池电压检测装置的壳体上，以便于输出检测到的设备的差分电压。

如图3所示，在一个光伏发电站中，外部接线盒通过保护二极管与光伏电池组串联。图3中所示的光伏电池组串及所述接线盒组合构成一个标准光伏组件。电池电压检测装置中的第一输入引脚(电压检测模块中)连接多个并联的光伏电池组串的正向输出端，图3中所示的上方输出端，第二输入引脚连接光伏电池组串的负向输出端。从而对整个标准光伏组件两端的差分电压进行检测。生成并输出所检测到的差分电压的电信号。

且如图3所示，本实施例的电池电压检测装置的输出端可以直接连接模数转换器(A/D)02。可采样后输出待测的差分电压。

需要说明的是，当电池电压检测装置中设置的电压检测模块输出端组件由光电二极管组成时，所述数模转换器的输入端连接光电二极管的两端。

基于同一发明构思，还提供一种集成芯片。所述集成芯片中包括功能电路模块及前述任一实施例中所述的电压检测模块，所述电压检测模块设置有发光二极管和光电转换元件，且所述光电转换元件为光电二极管。且所述功能电路模块两端存在共模电压及差分电压，所述电压检测模块连接在功能电路的两端，能够通过前述任一实施例的检测方法对所检测的功能电路模块两端的差分电压进行检测。

其中，集成芯片中的功能电路模块是指在实际使用的电路中起一定作用的电路部分，且该电路部分两端具有差分电压的同时，两端也具有较大的共模电压。如起信号传输作用的传输电路部分，或者进行滤波等处理的处理电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种共模电压存在时的差分电压检测方法，用于对存在共模电压的设备的两端的差分电压进行检测，其特征在于，使用设置有发光二极管及光电转换元件的电压检测模块对要进行电压检测的设备进行差分电压检测；

具体的：

将所要进行电压检测的设备的正向输出端连接发光二极管的阳极，所述设备的负向输出端连接发光二极管的阴极；

所述电压检测模块中的光电转换元件与所述发光二极管相对应设置，所述光电二极管能够接收所述发光二极管发出的光并产生相应的电信号，作为所述设备的差分电压检测信号。

2.根据权利要求1所述的差分电压检测方法，其特征在于，所述光电转换元件为光电二极管。

3.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，所述电压检测模块中还设置有过流保护装置；所述过流保护装置一端与所述发光二极管的阳极连接，另一端用于连接所述正向输出端，和/或所述过流保护装置一端与所述发光二极管的阴极连接，另一端用于连接所述负向输出端。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述电压检测模块中还设置有限流电阻；所述限流电阻一端与所述发光二极管的阳极连接，另一端用于连接所述正向输出端；和/或所述限流电阻一端与所述发光二极管的阴极连接，另一端用于连接所述负向输出端。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述电压检测模块中设置有两个以上所述发光二极管。

6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，两个以上所述发光二极管顺次串联连接。

7.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述电压检测模块中设置有两个以上所述光电二极管。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，两个以上所述光电二极管顺次串联连接。

9.一种电池电压检测装置，其特征在于，包括电压检测模块，所述电压检测模块设置有发光二极管和光电转换元件，且所述光电转换元件为光电二极管；所述电池电压检测装置通过权利要求1至8任一项所述的检测方法对所检测的电池两端的差分电压进行检测。

10.根据权利要求9所述的电池电压检测装置，其特征在于，所述光电二极管两端连接模数转换器。

11.一种集成芯片，包括功能电路模块，所述功能电路模块两端存在共模电压及差分电压，其特征在于，还包括电压检测模块，所述电压检测模块设置有发光二极管和光电转换元件，且所述光电转换元件为光电二极管；所述电压检测模块通过权利要求1至8任一项所述的检测方法对所检测的功能电路模块两端的差分电压进行检测。