CN114236226B - 一种电压测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电压测量电路，包括：第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、切换模块、供电电源和测量模块；第一电阻模块的第一端接入供电电源，第一电阻模块的第二端与测量模块的第一测量端电连接；第二电阻模块的第一端与第一测量端电连接，第二电阻模块的第二端与测量模块的第二测量端电连接，第二测量端接地；第三电阻模块的第一端与第一测量端电连接，第三电阻模块的第二端与被测电压源的第一端电连接，被测电压源的第二端与第二测量端电连接；切换模块电连接于第一电阻模块的第二端与第一测量端之间；本发明的技术方案，能够实现对被测电压源的正向电压的测量，也能够实现对被测电压源的负向电压的测量，成本较低。

Description

一种电压测量电路

技术领域

本发明实施例涉及电压检测技术领域，尤其涉及一种电压测量电路。

背景技术

目前，采集高压的方法一般为：将高压进行串联分压，然后在合适的电阻两端通过ADC模块采集分压，最后将结果乘上分压系数得出采样结果。然而，ADC采集的电压有方向标识，当采集负向电压时，则需要重新提供负的参考电压，导致耗费成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种电压测量电路，以在无需重新提供负的参考电压的情况下，既能够实现对被测电压源的正向电压的测量，也能够实现对被测电压源的负向电压的测量，从而保证测量被测电压源的负向电压时所耗费的成本较低。

本发明实施例提供的电压测量电路包括：第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、切换模块、供电电源和测量模块；

所述第一电阻模块的第一端接入所述供电电源，所述第一电阻模块的第二端与所述测量模块的第一测量端电连接；

所述第二电阻模块的第一端与所述第一测量端电连接，所述第二电阻模块的第二端与所述测量模块的第二测量端电连接，所述第二测量端接地；

所述第三电阻模块的第一端与所述第一测量端电连接，所述第三电阻模块的第二端与被测电压源的第一端电连接，所述被测电压源的第二端与所述第二测量端电连接；

所述切换模块电连接于所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间；所述测量模块用于在所述切换模块根据正向测量指令控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间断开时，测量所述被测电压源的两端的正向电压，并用于在所述切换模块根据负向测量指令控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间导通时，测量所述被测电压源的两端的负向电压。

可选地，所述测量模块包括转换单元和计算单元；

所述转换单元的第一输入端与所述第一测量端电连接，所述转换单元的第二输入端与所述第二测量端电连接，所述转换单元的输出端与所述计算单元的输入端电连接；所述转换单元用于将所述第一测量端与所述第二测量端所测量的模拟电压信号转换为数字电压信号，并将所述数字电压信号输出至所述计算单元；

所述计算单元用于根据所述数字电压信号、所述第二电阻模块的阻值和所述第三电阻模块的阻值计算所述被测电压源的两端的正向电压，并用于根据所述数字电压信号、所述第电阻模块的阻值、所述第三电阻模块的阻值和所述第一电阻模块的阻值计算所述被测电压源的两端的负向电压。

可选地，所述计算单元根据所述数字电压信号、所述第二电阻模块的阻值、所述第三电阻模块的阻值和所述第一电阻模块的阻值，基于以下计算所述被测电压源的两端的负向电压：

其中，ΔE1为所述被测电压源的两端的负向电压；ΔV2为所述数字电压信号与参考数字电压信号的差值，R1为所述第一电阻模块的阻值，R2为所述第二电阻模块的阻值，R3为所述第三电阻模块的阻值。

可选地，所述第一电阻模块包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述第一电阻模块的第一端，所述第一电阻的第二端作为所述第二电阻模块的第二端；

所述第二电阻模块包括第二电阻，所述第二电阻的第一端作为所述第二电阻模块的第一端，所述第二电阻的第二端作为所述第二电阻模块的第二端；

所述第三电阻模块包括第三电阻，所述第三电阻的第一端作为所述第三电阻模块的第一端，所述第三电阻的第二端作为所述第三电阻模块的第二端。

可选地，所述切换模块包括第一开关；所述第一开关的第一端作为所述切换模块的第一端，所述第一开关的第二端作为所述切换模块的第二端。

可选地，还包括第二开关；所述第二开关连接于所述第三电阻模块的第二端与所述被测电压源的第一端之间；所述第二开关用于控制所述第三电阻模块的第二端与所述被测电压源的第一端之间的导通或者关断。

可选地，所述测量模块还包括显示单元；

所述显示单元的输入端与所述计算单元的输出端电连接，所述显示单元用于对所述计算单元所计算到的所述被测电压源的两端的负向电压和正向电压进行显示；其中，所述显示单元的显示界面中所展示的最高数字位用于显示所述被测电压源的两端的电压的符号。

可选地，还包括检测模块；所述检测模块与所述被测电压源连接；

所述检测模块用于在检测到所述被测电压源的电压为正向电压时，向所述切换模块输出所述正向测量指令，并在检测到所述被测电压源的电压为负向电压时，向所述切换模块输出所述负向测量指令。

可选地，所述第一电阻模块的第一端接入所述供电电源的正极；

所述切换模块控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间断开时，所述被测电压源的第一端为所述被测电压源的正极，所述被测电压源的第二端为所述被测电压源的负极；

所述切换模块控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间导通时，所述被测电压源的第一端为所述被测电压源的负极，所述被测电压源的第二端为所述被测电压源的正极。

本发明实施例提供的电压测量电路，通过设置第一电阻模块、切换模块和供电电源及其连接关系，使得在切换模块根据正向测量指令控制第一电阻模块的第二端与测量模块的第一测量端之间断开时，测量模块可对被测电压源的两端的正向电压进行测量，并且在切换模块根据负向测量指令控制第一电阻模块的第二端与测量模块的第一测量端之间导通时，测量模块可对被测电压源的两端的负向电压进行测量。即本发明实施例的技术方案，可以在无需重新提供负的参考电压的情况下，既能够实现对被测电压源的正向电压的测量，也能够实现对被测电压源的负向电压的测量，从而保证了测量被测电压源的负向电压时所耗费的成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电压测量电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种电压测量电路的结构示意图。参考图1，电压测量电路包括：第一电阻模块30、第二电阻模块40、第三电阻模块50、切换模块60、供电电源20和测量模块；第一电阻模块30的第一端接入供电电源20，第一电阻模块30的第二端与测量模块的第一测量端电连接；第二电阻模块40的第一端与第一测量端电连接，第二电阻模块40的第二端与测量模块的第二测量端电连接，第二测量端接地；第三电阻模块50的第一端与第一测量端电连接，第三电阻模块50的第二端与被测电压源10的第一端电连接，被测电压源10的第二端与第二测量端电连接；

切换模块60电连接于第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间；测量模块用于在切换模块60根据正向测量指令控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间断开时，测量被测电压源10的两端的正向电压，并用于在切换模块60根据负向测量指令控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间导通时，测量被测电压源10的两端的负向电压。

具体地，图1中还示例性地示意出了被测电压源10。被测电压源10可以是一个实际的电源，例如电池，也可以是一个等效的电压源。第一电阻模块30、第二电阻模块40和第三电阻模块50可均由至少一个电阻元器件串联和/或并联连接构成。供电电源20用于向电压测量电路提供正向电压。测量模块可以是ADC模块。切换模块60用于控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间的导通或者关断。

下面以被测电压源10的第一端为被测电压源10的正极且被测电压源10的第二端为被测电压源10的负极时，被测电压源10的两端(即第一端和第二端)的电压为正向电压；以及，被测电压源10的第一端为被测电压源10的负极且被测电压源10的第二端为被测电压源10的正极时，被测电压源10的两端的电压为负向电压为例对本发明实施例提供的电压测量电路的工作过程进行说明：

当被测电压源10的两端的电压为正向电压时，若需要测量被测电压源10的两端的电压，则向切换模块60输出正向测量指令，切换模块60根据正向测量指令控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间断开。从而，被测电压源10、第二电阻模块40和第三电阻模块50构成回路，且第二电阻模块40和第三电阻模块50串联于回路中，第二电阻模块40和第三电阻模块50均为分压电阻模块。这时，可通过测量第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压来得到被测电压源10的电压。具体地，测量模块的第一测量端和第二测量端可以直接测量到第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压，进而测量模块根据所测量的第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压和回路中的第一分压系数，计算出被测电压源10的电压。

示例性地，测量模块的第一测量端和第二测量端所测量到的第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压为V2，第二电阻模块40和第三电阻模块50的阻值分别为R2和R3，则测量模块计算到的被测电压源10的电压E1等于

其中，/>

为第一分压系数。由此可见，本发明实施例提供的电压测量电路可基于第二电阻模块40、第三电阻模块50、切换模块60和测量模块测量出被测电压源10的两端的正向电压。

当被测电压源10的两端的电压为负向电压时，若需要测量被测电压源10的两端的电压，则向切换模块60输出负向测量指令，切换模块60根据负向测量指令控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间导通。由于被测电压源10的第一端为负极，供电电源20为正向电压，从而，供电电源20、第一电阻模块30、第二电阻模块40和地端构成第一回路，供电电源20、第一电阻模块30、第三电阻模块50和地端构成第二回路，第二电阻模块40与第三电阻模块50并联连接，电流从第一电阻模块30分别流向第二电阻模块40和第三电阻模块50。这时，可仍然通过测量第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压来得到被测电压源10的电压。具体地，测量模块可根据所测量的第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压和回路中的第二分压系数，计算出被测电压源10的电压。因此，本发明实施例提供的电压测量电路，可基于供电电源20、第一电阻模块30、第二电阻模块40、第三电阻模块50、切换模块60和测量模块测量出被测电压源10的两端的负向电压。

综上所述，本发明实施例的技术方案，可以在无需重新提供负的参考电压的情况下，既能够实现对被测电压源10的正向电压的测量，也能够实现对被测电压源10的负向电压的测量，从而保证了测量被测电压源10的负向电压时所耗费的成本较低，且本发明实施例提供的电压测量电路结构简单、易于实现。

在本发明的一种实施方式中，可选地，测量模块包括转换单元和计算单元；转换单元的第一输入端与第一测量端电连接，转换单元的第二输入端与第二测量端电连接，转换单元的输出端与计算单元的输入端电连接；转换单元用于将第一测量端与第二测量端所测量的模拟电压信号转换为数字电压信号，并将数字电压信号输出至计算单元；计算单元用于根据数字电压信号、第二电阻模块40的阻值和第三电阻模块50的阻值计算被测电压源10的两端的正向电压，并用于根据数字电压信号、第电阻模块的阻值、第三电阻模块50的阻值和第一电阻模块30的阻值计算被测电压源10的两端的负向电压。

具体地，假设测量模块的精度为N位，则第N-1位为符号位，0～(N-2)位为数值位。此时，若第一测量端与第二测量端输出至转换单元的第二电阻模块40的两端的模拟电压信号为Analog，则转换单元所转换到的数字电压信号V2为

其中，E为测量模块中的参考电压。

在本发明的一种实施方式中，可选地，测量模块还包括显示单元；显示单元的输入端与计算单元的输出端电连接，显示单元用于对计算单元所计算到的被测电压源10的两端的负向电压和正向电压进行显示；其中，显示单元的显示界面中所展示的最高数字位用于显示被测电压源10的两端的电压的符号。即显示单元中所展示的最高数字位为第N-1位，用于显示被测电压源10的两端的电压的符号，符合包括代表正向电压的“+”和代表负向电压的“-”，而0～(N-2)位为数值位，用于显示被测电压源10的两端的电压的绝对值数值。

在本发明的一种实施方式中，可选地，计算单元根据数字电压信号、第二电阻模块40的阻值、第三电阻模块50的阻值和第一电阻模块30的阻值，基于以下计算被测电压源10的两端的负向电压：

其中，ΔE1为被测电压源10的两端的负向电压；ΔV2为数字电压信号与参考数字电压信号的差值。

具体地，切换模块60根据负向测量指令控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间导通，假设在被测电压源10的两端的电压为0时，第二电阻模块40的两端的电压为V20，并假设通过第一电阻模块30的电流为I1、通过第二电阻模块40的电流为I2且通过第三电阻模块50的电流为I3，这时：

I1＝I2+I3；

由此可以得到：

进而，可以令

则可以求解得到V20；

进而，若测量模块的第一测量端和第二测量端所测量到的第二电阻模块40的第一端与第二端之间的电压为V2，则被测电压源10的两端的负向电压ΔE1为：

其中，ΔV2为数字电压信号V2与参考数字电压信号V20的差值，R1为第一电阻模块30的阻值，E2为供电电源20的电压，

为第二分压系数。

图2是本发明实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图。参考图2，在本发明的一种实施方式中，可选地，第一电阻模块30包括第一电阻r1，第一电阻r1的第一端作为第一电阻模块30的第一端，第一电阻r1的第二端作为第二电阻模块40的第二端；第二电阻模块40包括第二电阻r2，第二电阻r2的第一端作为第二电阻模块40的第一端，第二电阻r2的第二端作为第二电阻模块40的第二端；第三电阻模块50包括第三电阻，第三电阻r3的第一端作为第三电阻模块50的第一端，第三电阻r3的第二端作为第三电阻模块50的第二端。这样设置，可使得电压测量电路的结构更为简单，从而电压测量电路更易于实现。

图3是本发明实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图。参考图3，在本发明的一种实施方式中，可选地，切换模块60包括第一开关S1；第一开关S1的第一端作为切换模块60的第一端，第一开关S1的第二端作为切换模块60的第二端。

具体地，第一开关S1可以是电控开关，当第一开关S1收到正向测量指令时第一开关S1断开，当第一开关S1收到负向测量指令时第一开关S1导通。示例性地，第一开关S1可以光耦开关。

图4是本发明实施例提供的另一种电压测量电路的结构示意图。参考图4，在本发明的一种实施方式中，可选地，电压测量电路还包括第二开关S2；第二开关S2连接于第三电阻模块50的第二端与被测电压源10的第一端之间；第二开关S2用于控制第三电阻模块50的第二端与被测电压源10的第一端之间的导通或者关断。

具体地，第二开关S2可以是机械开关也可以是电控开关。当第二开关S2断开时，测量模块既不能测量被测电压源10的正向电压也不能测量被测电压源10的负向电压；当第二开关S2导通，且第一开关S1断开时，测量模块可测量被测电压源10的正向电压；当第二开关S2导通，且第一开关S1导通时，测量模块可测量被测电压源10的负向电压。本发明实施例设置第二开关S2，可以在测量模块测量被测电压源10的正向电压或者负向电压时，若回路中出现故障，可通过第二开关S2迅速切断回路，从而保证被测电压源10和电压测量电路的安全。

在本发明的一种实施方式中，可选地，电压测量电路还包括检测模块；可选地，还包括检测模块；所述检测模块与所述被测电压源10连接；所述检测模块用于在检测到所述被测电压源10的电压为正向电压时，向所述切换模块60输出所述正向测量指令，并在检测到所述被测电压源10的电压为负向电压时，向所述切换模块60输出所述负向测量指令。

具体地，检测模块是能够对被测电压源10的电压的正向和负向进行检测的模块，其可以但不限于由控制单元、晶体管以及继电器等元件构成。示例性地，检测模块包括控制单元和二极管。控制单元与二极管连接，二极管并联于被测电压源10的两端；当二极管正向导通时，说明被测电压源10的电压为正向电压，控制单元输出正向测量指令；当二极管截止时，说明被测电压源10的电压为负向电压，控制单元输出负向测量指令。在本发明实施例中还可以是，被测电压源10的电压为正向电压或者负向电压是已知量。

在本发明的一种实施方式中，可选地，第一电阻模块30的第一端接入供电电源20的正极；切换模块60控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间断开时，被测电压源10的第一端为被测电压源10的正极，被测电压源10的第二端为被测电压源10的负极；切换模块60控制第一电阻模块30的第二端与第一测量端之间导通时，被测电压源10的第一端为被测电压源10的负极，被测电压源10的第二端为被测电压源10的正极。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电压测量电路，其特征在于，包括：第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、切换模块、供电电源和测量模块；

所述第一电阻模块的第一端接入所述供电电源，所述第一电阻模块的第二端与所述测量模块的第一测量端电连接；

所述第二电阻模块的第一端与所述第一测量端电连接，所述第二电阻模块的第二端与所述测量模块的第二测量端电连接，所述第二测量端接地；

所述第三电阻模块的第一端与所述第一测量端电连接，所述第三电阻模块的第二端与被测电压源的第一端电连接，所述被测电压源的第二端与所述第二测量端电连接；

所述切换模块电连接于所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间；所述测量模块用于在所述切换模块根据正向测量指令控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间断开时，测量所述被测电压源的两端的正向电压，并用于在所述切换模块根据负向测量指令控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间导通时，测量所述被测电压源的两端的负向电压。

2.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述测量模块包括转换单元和计算单元；

所述转换单元的第一输入端与所述第一测量端电连接，所述转换单元的第二输入端与所述第二测量端电连接，所述转换单元的输出端与所述计算单元的输入端电连接；所述转换单元用于将所述第一测量端与所述第二测量端所测量的模拟电压信号转换为数字电压信号，并将所述数字电压信号输出至所述计算单元；

所述计算单元用于根据所述数字电压信号、所述第二电阻模块的阻值和所述第三电阻模块的阻值计算所述被测电压源的两端的正向电压，并用于根据所述数字电压信号、所述第二电阻模块的阻值、所述第三电阻模块的阻值和所述第一电阻模块的阻值计算所述被测电压源的两端的负向电压。

3.根据权利要求2所述的电压测量电路，其特征在于，所述计算单元根据所述数字电压信号、所述第二电阻模块的阻值、所述第三电阻模块的阻值和所述第一电阻模块的阻值，基于以下计算所述被测电压源的两端的负向电压：

其中，ΔE1为所述被测电压源的两端的负向电压；ΔV2为所述数字电压信号与参考数字电压信号的差值，R1为所述第一电阻模块的阻值，R2为所述第二电阻模块的阻值，R3为所述第三电阻模块的阻值。

4.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述第一电阻模块包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述第一电阻模块的第一端，所述第一电阻的第二端作为所述第一电阻模块的第二端；

所述第二电阻模块包括第二电阻，所述第二电阻的第一端作为所述第二电阻模块的第一端，所述第二电阻的第二端作为所述第二电阻模块的第二端；

所述第三电阻模块包括第三电阻，所述第三电阻的第一端作为所述第三电阻模块的第一端，所述第三电阻的第二端作为所述第三电阻模块的第二端。

5.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述切换模块包括第一开关；所述第一开关的第一端作为所述切换模块的第一端，所述第一开关的第二端作为所述切换模块的第二端。

6.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，还包括第二开关；所述第二开关连接于所述第三电阻模块的第二端与所述被测电压源的第一端之间；所述第二开关用于控制所述第三电阻模块的第二端与所述被测电压源的第一端之间的导通或者关断。

7.根据权利要求2所述的电压测量电路，其特征在于，所述测量模块还包括显示单元；

所述显示单元的输入端与所述计算单元的输出端电连接，所述显示单元用于对所述计算单元所计算到的所述被测电压源的两端的负向电压和正向电压进行显示；其中，所述显示单元的显示界面中所展示的最高数字位用于显示所述被测电压源的两端的电压的符号。

8.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，还包括检测模块；所述检测模块与所述被测电压源连接；

所述检测模块用于在检测到所述被测电压源的电压为正向电压时，向所述切换模块输出所述正向测量指令，并在检测到所述被测电压源的电压为负向电压时，向所述切换模块输出所述负向测量指令。

9.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，

所述第一电阻模块的第一端接入所述供电电源的正极；

所述切换模块控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间断开时，所述被测电压源的第一端为所述被测电压源的正极，所述被测电压源的第二端为所述被测电压源的负极；

所述切换模块控制所述第一电阻模块的第二端与所述第一测量端之间导通时，所述被测电压源的第一端为所述被测电压源的负极，所述被测电压源的第二端为所述被测电压源的正极。

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