CN108445285B - 一种电流采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池管理系统，公开一种电流采样电路，包括采集电路，用于采集模拟电流信号；转换电路，所述转换电路的输入端与所述采集电路的输出端连接，所述转换电路用于将所述模拟电流信号转换成数字电流信号；串行总线隔离电路，所述串行总线隔离电路的输入端与所述转换电路的输出端连接，所述串行总线隔离电路用于将所述数字电流信号转换成符合串行总线协议的串行电流信号；信号缓冲电路，所述信号缓冲电路的输入端与所述串行总线隔离电路的输出端连接，所述信号缓冲电路用于缓冲所述串行电流信号的输出，实现了电流采样的高精度要求，同时也降低了生产成本。

Description

一种电流采样电路

【技术领域】

本发明涉及电池管理系统领域，尤其涉及一种电流采样电路。

【背景技术】

电池管理系统通常负责电池组中电池电量的计算、电池保护，电池间的电量平衡控制、以及电池管理系统内外的信号通信等。在现有技术中，一般使用到电池的产品，都需要搭配电池管理系统来控制，电流检测是其中一个重要的功能模快，它涉及到SOC、SOH等的计算，是BMS系统中的一个重要参数。

目前市场上现有的电流检测有闭环霍尔传感器式和精密微殴电阻：闭环霍尔传感器式虽然比较稳定，但难以实现要求的高精度，虽然采用精密微殴电阻采得的信号经精密放大后给单片机A/D口采集，单片机后加CAN BUS接口，通过CAN总线传输数据，给主CPU进行处理，实现了高精度的要求，但是，同时也增加了生产成本。

因此，为了实现高精度的要求，同时也控制生产成本，需要提供一种新的技术方案去解决上述技术问题。

【发明内容】

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电流采样电路，解决采样电路在满足高精度的要求时，生产成本较高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种电流采样电路，包括：采集电路，用于采集模拟电流信号；转换电路，所述转换电路的输入端与所述采集电路的输出端连接，所述转换电路用于将所述模拟电流信号转换成数字电流信号；串行总线隔离电路，所述串行总线隔离电路的输入端与所述转换电路的输出端连接，所述串行总线隔离电路用于将所述数字电流信号转换成符合串行总线协议的串行电流信号；信号缓冲电路，所述信号缓冲电路的输入端与所述串行总线隔离电路的输出端连接，所述信号缓冲电路用于缓冲所述串行电流信号的输出。

优选地，所述采集电路包括：分流器，用于采集模拟电流信号；模拟放大电路，所述模拟放大电路的输入端与所述分流器连接，所述模拟放大电路的输出端连接于所述转换电路的输入端，所述模拟放大电路用于放大所述模拟电流信号。

优选地，所述采集电路还包括增益电路，所述增益电路用于采集所述转换电路输出的数字电流信号，并根据所述数字电流信号调节所述模拟放大电路的放大倍数。

优选地，所述电流采样电路还包括推挽式电源模块，所述推挽式电源模块用于提供电源。

优选地，所述推挽式电源模块包括推挽式驱器、隔离变压器和稳压器，所述推挽式驱器的输出端与隔离变压器的输入端连接，所述稳压器的输入端连接所述隔离变压器的输出端。

优选地，所述模拟放大电路包括双向二极管、去频电容、分压电阻和模拟放大芯片，所述双向二极管的两端并联连接去频电容，所述分压电阻一端连接于双向二极管的一端，另一端连接于模拟放大芯片的输入端。

优选地，所述分流器采用微殴电阻。

优选地，所述转换电路的输出端包括时钟端和数据端，所述串行总线隔离电路包括串行总线隔离芯片、第一负载电阻和第二负载电阻，所述串行总线隔离芯片的输入端和输出端均包括时钟端和数据端，所述串行总线隔离芯片的输入端的时钟端连接于所述转换电路的时钟端，所述串行总线隔离芯片的输入端的数据端连接于所述转换电路的数据端；所述第一负载电阻的一端连接于电源，另一端连接于所述串行总线隔离芯片的输入端，所述第二负载电阻的一端连接于电源，另一端连接于所述串行总线隔离芯片的输出端。

优选地，所述信号缓冲电路包括信号缓冲芯片和第三负载电阻，所述信号缓冲芯片的输入端和输出端均包括时钟端和数据端，所述信号缓冲芯片的输入端的时钟端连接于所述串行总线隔离芯片的输出端的时钟端，所述信号缓冲芯片的输入端的数据端连接于所述串行总线隔离芯片的输出端的数据端，所述第三负载电阻一端连接于所述信号缓冲芯片的输出端，另一端连接于所述供电电源。

第二方面，本发明实施例提供一种电流采样设备，包括如上所述的的电流采样电路。

与现有技术相比较，本发明的有益效果为：通过采集电路采集模拟电流信号；并将模拟电流信号输送至转换电路，转换电路将模拟电流信号转换成数字电流信号并输送至串行总线隔离电路，串行总线隔离电路将所述数字电流信号转换成符合串行总线协议的串行电流信号并输送至信号缓冲电路，信号缓冲电路将缓冲所述串行电流信号的输出，实现电流采样的高精度要求，同时，通过串行总线隔离电路的输出端与信号缓冲电路的输入端连接，不用增加单片机+can接口，也可实现电流采样的高精度要求，同时也降低了生产成本。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种电流采样电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电流采样电路的原理图；

图3是图2中采集电路与转换电路的原理图；

图4是图2中电压跟随电路的原理图；

图5是图2中串行总线隔离电路的原理图；

图6是图2中信号缓冲电路的原理图；

图7是本发明实施例提供的一种电流采样电路的电源的原理图。

图中：100、电流采样电路；10、采集电路；101、分流器；102、模拟放大电路；1021、双向二极管；1022、第一去频电容；1023、第二去频电容；1024、第一电阻；1025、第二电阻；1026、模拟放大芯片；103、增益电路；1031、增益芯片；1032、第三电阻；1033、第四电阻；20、转换电路；201、转换芯片；30、串行总线隔离电路；301、串行总线隔离芯片；302、第一上拉电阻；303、第二上拉电阻；304、第八电阻；305、第一消噪电容；306、第二消噪电容；307、第九电阻；308、第三电容；309、第三上拉电阻；310、第四上拉电阻；311、第三消噪电容；312、第四消噪电容；313、第十电阻；314、第十一电阻；40、信号缓冲电路；401、信号缓冲芯片；402、第一保险电阻；403、第二保险电阻；404、第五上拉电阻；405、第六上拉电阻；406、第七上拉电阻；407、第八上拉电阻；408、第三保险电阻；409、第四保险电阻；50、推挽式电源模块；501、推挽式驱器；502、隔离变压器；503、稳压器；504、第二滤波电容；505、二极管；506、第一磁珠；507、第二磁珠。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1是本发明实施例提供的一种电流采样电路100的结构示意图。如图1所示，电流采样电路100包括：采集电路10，转换电路20、串行总线隔离电路30、信号缓冲电路40以及推挽式电源模块50。

采集电路10用于采集模拟电流信号，所述采集电路10包括分流器101和模拟放大电路102，所述分流器101用于采集模拟电流信号，所述模拟放大电路102的输入端与所述分流器101连接，所述模拟放大电路102的输出端连接于所述转换电路20的输入端，所述模拟放大电路102用于放大所述模拟电流信号。

分流器101也可以称为分流电阻，分流器101实际就是一个阻值很小的电阻，当有直流电流通过时产生压降；分流器101是根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。可以理解的是，本实施例中分流器101采用微殴电阻。

分流器101的两端并联连接于模拟放大电路102，分流器101将采集到的模拟电流信号传输至模拟放大电路102。

模拟放大电路102是指能够把微弱的信号放大的电路，例如助听器里的关键部件就是一个放大器；放大器有交流放大器和直流放大器；模拟放大电路102能够将一个微弱信号通过一个装置，得到一个波形相似，但幅值却大很多的交流大信号的输出。

模拟放大电路102用于将分流器101采集的模拟电流信号放大，对负载而言，模拟放大电路102的输出端可等效为一个信号源。输出电阻越小，输出电压受负载的影响就越小，若Ro＝0，则输出电压的大小将不受RL的大小影响，称为恒压输出。当RL<<Ro时即可得到恒流输出。因此，输出电阻的大小反映了模拟放大电路102带负载能力的大小。

参见附图2和附图3，模拟放大电路102包括双向二极管1021、去频电容、分压电阻以及模拟放大芯片1026，所述双向二极管1021采用双向二极管1021选用BTLV07BF，所述去频电容包括第一去频电容1022和第二去频电容1023，所述第一去频电容1022和第二去频电容1023分别并联连接于双向二极管1021的两端，用于去除双向二极管1021周围的高频干扰，所述第一去频电容1022和第二去频电容1023分别采用104/50V和103/50V。

分压电阻包括第一电阻1024和第二电阻1025，第一电阻1024一端连接于双向二极管1021的正极，另一端连接于模拟放大芯片1026的输入端的正极，第二电阻1025一端连接于双向二极管1021的负极，另一端连接于模拟放大芯片1026的输入端的负极，所述第一电阻1024与第二电阻1025分别采用22R。

模拟放大芯片1026采用PCF8574，模拟放大芯片1026的放大倍数可以在25-200倍这期间调节，模拟放大芯片1026包括时钟端和数据端。

所述采集电路10还包括增益电路103，所述增益电路103用于采集所述转换电路20输出的数字电流信号，并根据所述数字电流信号调节所述模拟放大电路102的放大倍数。

增益电路103包括增益芯片1031、第三电阻1032和第四电阻1033，增益芯片1031的输出端分别包括时钟端和数据端，增益芯片1031的输入端分别连接于模拟放大芯片1026的时钟端和数据端，增益芯片1031的输出端连接转换电路20的输出端，上述第三电阻1032连接于增益芯片1031的输出端的时钟端，第四电阻1033连接于增益芯片1031的输出端的数据端。

请一并参阅图4，采集电路10还包括电压跟随电路104，电压跟随电路104的一端连接于模拟放大芯片1026的REF引脚，电压跟随电路104就有缓冲和隔离的作用，

由于模拟放大电路102的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器104来从中进行缓冲，起到承上启下的作用。应用电压跟随104的另外一个好处就是提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。

本实施例中，电压跟随电路104选用TI的ADS1110。

转换电路20，所述转换电路20的输入端与所述采集电路10的输出端连接，所述转换电路20用于将所述模拟电流信号转换成数字电流信号。

转换电路20包括转换芯片201，转换芯片201的输出端包括时钟端和数据端，转换芯片201的输入端连接于所述模拟放大芯片1026的输出端。

请一并参阅图5，串行总线隔离电路30，所述串行总线隔离电路30的输入端与所述转换电路20的输出端连接，所述串行总线隔离电路30用于将所述数字电流信号转换成符合串行总线协议的串行电流信号。

串行总线隔离电路30包括串行总线隔离芯片301，第一负载电阻和第二负载电阻，串行总线隔离芯片301的输入端和输出端均包括时钟端和数据端，所述第一负载电阻包括第一上拉电阻302和第二上拉电阻303，第二负载电阻包括第三上拉电阻309和第四上拉电阻310。

第一上拉电阻302的一端连接电源，另一端连接于串行总线隔离芯片301输入端的时钟端，第二上拉电阻303的一端连接于串行总线隔离芯片301输入端的数据端，第三上拉电阻309的一端连接于串行总线隔离芯片301的VIN引脚，另一端连接于串行总线隔离芯片301输出端的时钟端，第四上拉电阻310的一端连接于串行总线隔离芯片301的VIN引脚，另一端连接于串行总线隔离芯片301输出端的数据端。上述第一负载电阻和第二负载电阻用于提高串行总线的负载能力。

串行总线隔离电路30还包括第一电容和第二电容，所述第一电容包括第一消噪电容305和第二消噪电容306，第二电容包括第三消噪电容311和第四消噪电容312，用于消除串行总线的高频干扰。

上述第一消噪电容305的一端连接于串行总线隔离电路30输入端的时钟端，另一端接地，上述第二消噪电容306的一端连接于串行总线隔离电路30输入端的数钟端，另一端接地；上述第三消噪电容311的一端连接于串行总线隔离电路30输出端的时钟端，另一端接地，上述第四消噪电容312的一端连接于串行总线隔离电路30输出端的数钟端，另一端接地。

串行总线隔离电路30还包括第八电阻304、第九电阻307、第十电阻313和第十一电阻314，第八电阻304的一端连接于串行总线隔离芯片301的Viso引脚，另一端连接于串行总线隔离芯片301的VSEL引脚，第九电阻307的一端连接于串行总线隔离芯片301的VSEL引脚，另一端连接于串行总线芯片的GNDISO引脚，第十电阻313一端连接于串行总线芯片输出端的时钟端，另一端连接于信号缓冲电路40的输入端，第十一电阻314一端连接于串行总线芯片输出端的数据端，另一端连接于信号缓冲电路40的输入端。

串行总线隔离电路30还包括第三电容308，第三电容308一端连接于串行总线芯片的VDDISO引脚，另一端接地。

本实施例中，串行总线隔离芯片301选用ADI的ADM3260；第一上拉电阻302、第二上拉电阻303、第三上拉电阻309和第四上拉电阻310分别选用5k1％/0603；第一消噪电容305、第二消噪电容306、第三消噪电容311和第四消噪电容312分别选用47P50V/0603。

请一并参阅图6，信号缓冲电路40包括信号缓冲芯片401、第三负载电阻和第四负载电阻，所述信号缓冲芯片401的输入端和输出端均包括时钟端和数据端，所述信号缓冲芯片401的输入端的时钟端连接于所述串行总线隔离芯片301的输出端的时钟端，所述信号缓冲芯片401的输入端的数据端连接于所述串行总线隔离芯片301的输出端的数据端。

所述第三负载电阻包括第五上拉电阻404和第六上拉电阻405，所述第四负载电阻包括第七上拉电阻406和第八上拉电阻407，所述第五上拉电阻404一端连接于电源，另一端连接于信号缓冲芯片401输入端的时钟端，第六上拉电阻405一端连接于电源，另一端连接于信号缓冲芯片401输入端的数据端，所述第七上拉电阻406一端连接于电源，另一端连接于具有串行总线接口的外部设备，第八上拉电阻407一端连接于电源，另一端连接于具有串行总线接口的外部设备。

信号缓冲电路40还包括第一保险电阻402、第二保险电阻403、第三保险电阻408和第四保险电阻409；第一保险电阻402的一端连接于串行总线芯片301输出端的时钟端，另一端连接于信号缓冲芯片401的输入端的时钟端，第二保险电阻403的一端连接于串行总线隔离芯片301输出端的数据端，另一端连接于信号缓冲芯片401的输入端的数据端，第三保险电阻408的一端连接于信号缓冲芯片401输出端的时钟端，另一端连接于具有串行总线接口的外部设备，第四保险电阻409一端连接于信号缓冲芯片401输出端的数据端，另一端连接于具有串行总线接口的外部设备。

本实施例中，信号缓冲芯片401选用飞利浦的PCA9605D，第五上拉电阻404和第六上拉电阻405采用680R/1％/0.25W/1206；第七上拉电阻406和第八上拉电阻407采用4.7K/1％/0.1W/0603；第一保险电阻402和第二保险电阻403采用16V/200Ma/1206。

请参阅图7，所述推挽式电源模块50包括推挽式驱器501、隔离变压器502和稳压器503，所述推挽式驱器501的输出端与隔离变压器502的输入端连接，所述稳压器503的输入端连接所述隔离变压器502的输出端；推挽式驱器501和变压器配合把初级的直流电源转换成次级交流脉冲。

推挽式电源模块50还包括二极管505和第二滤波电容504，本实施例中二极管505为肖特基二极管505，肖特基二极管505的一端连接于稳压器503的输入端，另一端连接于隔离变压器502的输出端，第二滤波电容504一端连接于电源，另一端接地；肖特基二极管505用于将次级交流脉冲变成直流电，经稳压器503稳压后输出。

推挽式电源模块50还包括第一磁珠506和第二磁珠507，第一磁珠506一端连接于第二滤波电容504，另一端连接于稳压器503，第二磁珠507的一端连接于电源，另一端连接于推挽式驱器501；第一磁珠506和第二磁珠507用于抑制电源线上的高频干扰和尖峰干扰。

上述推挽式驱器501采用ti的sn650第四保险电阻4091，变压器采用TR1选用沃尔特的T R，5V_5V，1:1.3，760390014，肖特基二极管505选用vishay的BAS70-05，稳压器503选用ti的TPS70950第四保险电阻409；第二滤波电容504为104/50第四保险电阻409V，第一磁珠506和第二磁珠507均选用TAIYO，BK2125HM601H。

可以理解的是，上述采样电路中所用的电源均为推挽式电源模块50。

本发明实施例还提供一种电流采样设备，包括上述电流采样电路100，还可以包括一些驱动器、电机和发动机等。

本发明实施例中的电流采样电路100通过采集电路10采集模拟电流信号；并将模拟电流信号输送至转换电路20，转换电路20将模拟电流信号转换成数字电流信号并输送至串行总线隔离电路30，串行总线隔离电路30将所述数字电流信号转换成符合串行总线协议的串行电流信号并输送至信号缓冲电路40，信号缓冲电路40将缓冲所述串行电流信号的输出，实现电流采样的高精度要求，同时，通过串行总线隔离电路30的输出端与信号缓冲电路40的输入端连接，不用增加单片机+can接口，也可实现电流采样的高精度要求，同时也降低了生产成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电流采样电路，其特征在于，包括：

采集电路，用于采集模拟电流信号；

转换电路，所述转换电路的输入端与所述采集电路的输出端连接，所述转换电路用于将所述模拟电流信号转换成数字电流信号，所述转换电路的输出端包括时钟端和数据端；

串行总线隔离电路，所述串行总线隔离电路用于将所述数字电流信号转换成符合串行总线协议的串行电流信号，所述串行总线隔离电路包括串行总线隔离芯片，所述串行总线隔离芯片的输入端和输出端均包括时钟端和数据端，所述串行总线隔离芯片的输入端的时钟端与所述转换电路的输出端的时钟端连接，所述串行总线隔离芯片的输入端的数据端与所述转换电路的输出端的数据端连接；

信号缓冲电路，所述信号缓冲电路用于缓冲所述串行电流信号的输出，所述信号缓冲电路包括信号缓冲芯片、第五上拉电阻和第六上拉电阻，所述信号缓冲芯片的输入端和输出端均包括时钟端和数据端，所述信号缓冲芯片的输入端的时钟端连接于所述串行总线隔离芯片的输出端的时钟端，所述信号缓冲芯片的输入端的数据端连接于所述串行总线隔离芯片的输出端的数据端，所述信号缓冲芯片的输出端的时钟端和数据端连接于具有串行总线接口的外部设备，所述第五上拉电阻一端连接于电源，另一端连接于信号缓冲芯片的输入端的时钟端，第六上拉电阻一端连接于电源，另一端连接于信号缓冲芯片的输入端的数据端。

2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述采集电路包括：

分流器，用于采集模拟电流信号；

模拟放大电路，所述模拟放大电路的输入端与所述分流器连接，所述模拟放大电路的输出端连接于所述转换电路的输入端，所述模拟放大电路用于放大所述模拟电流信号。

3.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述采集电路还包括增益电路，所述增益电路用于采集所述转换电路输出的数字电流信号，并根据所述数字电流信号调节所述模拟放大电路的放大倍数。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路还包括推挽式电源模块，所述推挽式电源模块用于提供电源。

5.根据权利要求4所述的电流采样电路，其特征在于，所述推挽式电源模块包括推挽式驱器、隔离变压器和稳压器，所述推挽式驱器的输出端与隔离变压器的输入端连接，所述稳压器的输入端连接所述隔离变压器的输出端。

6.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述模拟放大电路包括双向二极管、去频电容、分压电阻和模拟放大芯片，所述双向二极管的两端并联连接去频电容，所述分压电阻一端连接于双向二极管的一端，另一端连接于模拟放大芯片的输入端。

7.根据权利要求6所述的电流采样电路，其特征在于，所述分流器采用微殴电阻。

8.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述串行总线隔离电路还包括第一负载电阻和第二负载电阻，所述第一负载电阻的一端连接于电源，另一端连接于所述串行总线隔离芯片的输入端，所述第二负载电阻的一端连接于电源，另一端连接于所述串行总线隔离芯片的输出端。

9.一种电流采样设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电流采样电路。

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