CN114839580A - 一种共模电压的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种共模电压的校准方法，执行所述方法的电路包括电压采样电路，用于采样N组串联的待采样电压且包括N+1个采样通道，N为大于或等于2的正整数，所述方法包括：利用每相邻的两个采样通道采样一组待采样电压；依次测量经每个采样通道对采样获得的各组待采样电压，获得待采样电压测量值；利用自低压侧向高压侧分布的各组待采样电压测量值，对更高一级待采样电压测量值进行逐级校准，以消除共模电压变化带来的电压测量误差。利用增益误差最小的采样通道组，通过逐级向上校准最靠近电池组正极的采样通道组的测量电压，以消除增益误差带来的影响，进而可靠地降低测量误差，总体上提升了电池组各单结电池状态的判断准确性。

Description

一种共模电压的校准方法
技术领域
本发明涉及一种测量电路的校准方法，尤其一种面向电池组芯片级测量电路共模电压采样的校准方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展，各类微型用电器在投入应用中大都使用电池组供能。因此，如微型电池组、小型充电宝等由少到几个、多到几十个单节电池串联构成的微型电源，当其中单节电池出现故障时，一定程度上影响了整个微型电源的健康程度和预设功能。传统通过拆解微型电源，利用电子万用表对各单节电池进行逐一测量、记录电压电流并计算内阻等均为人力操作完成，检测单节电池的优劣性显然无法满足上述要求。由此，便有设计者提出芯片级的测试电路，利用VADC对电池组进行电压采样。
而通常电池组与测量电路的连接往往形成共模电压，而在靠近电池组正极处的采样通道的共模电压会经历较大的变化。以图1所示，其中采样通道C16为电池组中的最高电平，其工作电压的变化较大，例如，最高工作电压可达60V、最低工作电压可达15V，在不同的共模电压下，与该采样通道C16对应的采样电容的电容值会发生变化，导致后级ADC的采样值产生增益误差，进而导致整个测量芯片电路的误差增大。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提出一种共模电压的校准方法，以提高测量精度。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案为，一种共模电压的校准方法，执行所述校准方法的电路包括电压采样电路，所述电压采样电路用于采样N组串联的待采样电压且包括N+1个采样通道，N为大于或等于2的正整数，所述方法包括：S1、利用每相邻的两个采样通道采样一组待采样电压，所述每相邻的两个采样通道构成一个采样通道对；S2、依次测量经每个采样通道对采样获得的各组待采样电压，获得待采样电压测量值；S3、利用自低压侧向高压侧分布的各组待采样电压测量值，对更高一级待采样电压测量值进行逐级校准，以消除共模电压变化带来的电压测量误差。
应用本发明的校准方法，具备显著的进步性：利用增益误差最小的采样通道组，通过逐级向上校准最靠近电池组正极的采样通道组的测量电压，以消除增益误差带来的影响，进而可靠地降低测量误差，总体上提升了电池组各单结电池状态的判断准确性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的电压采样电路的连接示意图。
图2是本发明校准方法所用调制器电路结构示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者针对共模电压在较大区间内变化所带来的采样值较大增益误差，会必然地影响最终测量结果误差增大的问题，结合自身经验和创造性劳动，创新提出了一种共模电压的校准方法，致力于消除增益误差的影响。
图1给出本发明一个实施例的电压采样电路的连接示意图。所述电压采样电路用于采样N组待采样电压，在一个实施例中，所述N组待采样电压为N个串联连接的电池中每个电池的正负极电压。其中，N为大于或等于2的正整数。
如图1所示，所述电压采样电路包括N+1个采样通道CN2、CN1、C0～C16，每两个相邻的采样通道实现对一个电池的正负极电压的采样，所述每相邻的两个采样通道构成一个采样通道对。通过数据选择器将每组待采样电压的采样值INP和INN输入至调制电路。在一个实施例中，所述调制电路包括ADC电路，通过对采样电压的模/数转换，实现对待采样电压的测量。
在一个实施例中，所述电压采样电路还包括采样电容，每个采样通道对应连接一个采样电容。
在一个实施例中，本申请使用切换电容器∑-ΔADC实现对采样电压的模/数转换，相对应地，每个采样通道对在对一组待采样电压进行采样时，采样通道对中的每个采样通道分别切换连接至不同的采样电容，以实现切换采样。
图2给出了本发明一种实施例的一个采样通道对连接至调制电路的示意图。CxP和CxN表示接入到调制电路执行采样一组待采样电压功能的采样通道对中的两个采样通道。CsP和CsN表示与采样通道CxP和CxN相对应的采样电容。在使用切换电容器∑-ΔADC实现对采样电压的模/数转换时，CxP和CxN利用选择开关交替连接至采样电容CsP和CsN。在一个实施例中，在第一时刻，采样通道CxP连接至采样电容CsP，采样通道CxN连接至采样电容CsN；在第二时刻，采样通道CxP连接至采样通道CsN，采样通道CxN连接至采样通道CsP。
图2所示的调制电路中的CfP和CfN表示切换电容器∑-ΔADC的反馈电容，反馈电容与采样电容的比值即为ADC的增益。如本申请背景技术中描述的，如图1所示，待采样电压为串联的多个电池时，采样通道C16为最高电平，其工作电压的变化较大，在不同的共模电压下，与该采样通道C16对应的采样电容的电容值会发生变化，此时，反馈电容与采样电容的比值，即ADC的增益就会发生变化，导致ADC的采样值产生增益误差，进而无法实现对待测电压的准确测量。
本发明提供一种共模电压的校准方法，以解决上述问题。
由于共模电压的变化在越靠近低压侧(例如接地GND侧)越小，由此共模电压导致的电压测量误差也越小。本发明公开的校准方法则充分利用上述客观条件。概述而言：通过切换采样通道依次测量各组待采样电压，根据预先设置的校准系数，利用自低压侧向高压侧分布的采样通道对所测得的电压对更高一级采样通道对测量的电压进行逐级校准，以消除共模电压变化带来的电压测量误差。
具体地，所述校准方法包括如下步骤：
S1、利用每相邻的两个采样通道采样一组待采样电压，所述每相邻的两个采样通道构成一个采样通道对；
S2、依次测量经每个采样通道对采样获得的各组待采样电压，获得待采样电压测量值；
在一个实施例中，通过数据选择器，依次将每个采样通道对接入调制电路，以实现对该采样通道对所对应的待采样电压的测量。
在图1所示实施例中，测量出采样通道CN1和CN2对应的待采样电压Vm_cn1_cn2＝V_cn1-V_cn2，其中，Vm_cn1_cn2为采样通道CN1和CN2间电池的正负极电压的测量值，V_cn1为采样通道CN1对应采样点的电压值，V_cn2为采样通道CN2对应采样点的电压值。同样地，测量出采样通道C0和CN1对应的待采样电压Vm_c0_cn1＝V_c0-V_cn1，…，以及测量出采样通道C16和C15对应的待采样电压Vm_c16_c15＝V_c16-V_c15。
S3、利用自低压侧向高压侧分布的各组待采样电压测量值，对更高一级待采样电压测量值进行逐级校准，以消除共模电压变化带来的电压测量误差。
在一个实施例中，利用低压侧采样通道对所对应的待采样电压的校准值Vc_i、更高一级采样通道对所对应的待采样电压的测量值Vm_i+1，以及更高一级采样通道对所对应的校准系数K_i+1，获得更高一级采样通道对所对应的待采样电压的校准值Vc_i+1，其中，Vc_i+1＝Vm_i+1×Vc_i×K_i+1，i用于标识所述采样通道对。
具体地，在图1所示实施例中，利用采样通道CN1和CN2对应的待采样电压的测量值Vm_cn1_cn2校准采样通道C0和CN1对应的待采样电压的测量值Vm_c0_cn1，以获得采样通道C0和CN1对应的待采样电压的校准值Vc_c0_cn1；利用采样通道C0和CN1对应的待采样电压的校准值Vc_c0_cn1校准采样通道C1和C0对应的待采样电压的测量值Vm_c1_c0，以获得采样通道C1和C0对应的待采样电压的校准值Vc_c1_c0；采用同样的方法逐级校准，最终，利用采样通道C15和C14对应的待采样电压的校准值Vc_c15_c14校准采样通道C16和C15对应的待采样电压的测量值Vm_c16_c15，以获得采样通道C16和C15对应的待采样电压的校准值Vc_c16_c15。最终实现对每组待采样电压的校准，以消除共模电压变化带来的电压测量误差。
在一个是实施例中，最低侧采样通道对所对应的待采样电压的校准值与最低侧采样通道对所对应的待采样电压的测量值相等，即最低侧采样通道对所对应的校准系数为1。
又在一个实施例中，利用各级低压侧采样通道对所对应的待采样电压的测量值Vm_1…Vm_i、更高一级采样通道对所对应的待采样电压的测量值Vm_i+1，以及各级低压侧采样通道对和更高一级采样通道对所对应的校准系数K_1…K_i、K_i+1，获得更高一级采样通道对所对应的待采样电压的校准值Vc_i+1，其中，Vc_i+1＝Vm_i+1×Vm_i×…×Vm_1×K_i+1×K_i×…×K_1，i用于标识所述采样通道对。
在一个实施例中，在利用低压侧的电压校准更高一级测量电压的过程中，需使用预先配置的校准系数。例如，利用采样通道CN1和CN2对应的待采样电压的测量值Vm_cn1_cn2校准采样通道C0和CN1对应的待采样电压的测量值Vm_c0_cn1时，采样通道C0和CN1对应的待采样电压的校准值Vc_c0_cn1＝Vm_c0_cn1×Vm_cn1_cn2×K_c0_cn1，其中，K_c0_cn1为采样通道C0和CN1对应的校准系数。
利用采样通道C0和CN1对应的待采样电压的校准值Vc_c0_cn1校准采样通道C1和C0对应的待采样电压的测量值Vm_c1_c0时，采样通道C1和C0对应的待采样电压的校准值Vc_c1_c0＝Vm_c1_c0×Vc_c0_cn1×K_c1_c0，其中，K_c1_c0为采样通道C1和C0对应的校准系数。
在一个实施例中，所述校准方法还包括，预先配置各组采样通道对应的校准系数。在一个实施例中，利用已知电压作为各组采样通道的待测电压，根据所述已知电压和各组采样通道的测量电压，计算各组采样通道的校准系数。如表1所示：
表1：
Figure BDA0003610349470000051
续表1：
Figure BDA0003610349470000052
在一个实施例中，利用低压侧的电压的校准值乘以校准系数，以将更高一级的待测电压的测量值校准至已知的真实值，从而解算所述校准系数。又在一个实施例中，通过设置多组已知电压，获得多组校准系数，通过加权平均的方式获得最终的校准系数。
综上结合图示的实施例详述可见，应用本发明的校准方法，具备显著的进步性：利用增益误差最小的采样通道组，通过逐级向上校准最靠近电池组正极的采样通道组的测量电压，以消除增益误差带来的影响，进而可靠地降低测量误差，总体上提升了电池组各单结电池状态的判断准确性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内进行修改或者等同变换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共模电压的校准方法，执行所述校准方法的电路包括电压采样电路，所述电压采样电路用于采样N组串联的待采样电压且包括N+1个采样通道，N为大于或等于2的正整数，所述方法包括：
S1、利用每相邻的两个采样通道采样一组待采样电压，所述每相邻的两个采样通道构成一个采样通道对；
S2、依次测量经每个采样通道对采样获得的各组待采样电压，获得待采样电压测量值；
S3、利用自低压侧向高压侧分布的各组待采样电压测量值，对更高一级待采样电压测量值进行逐级校准，以消除共模电压变化带来的电压测量误差。
2.根据权利要求1所述共模电压的校准方法，其特征在于：所述N组待采样电压为N个串联连接的电池中每个电池的正负极电压，每个采样通道对实现对一个电池的正负极电压的采样。
3.根据权利要求1所述共模电压的校准方法，其特征在于：所述电压采样电路还包括采样电容，每个采样通道对应连接一个采样电容。
4.根据权利要求1所述共模电压的校准方法，还包括：预先配置各采样通道对所对应的校准系数。
5.根据权利要求4所述共模电压的校准方法，其特征在于：利用低压侧采样通道对所对应的待采样电压的校准值Vc_i、更高一级采样通道对所对应的待采样电压的测量值Vm_i+1，以及更高一级采样通道对所对应的校准系数K_i+1，获得更高一级采样通道对所对应的待采样电压的校准值Vc_i+1，其中，Vc_i+1＝Vm_i+1×Vc_i×K_i+1，i用于标识所述采样通道对。
6.根据权利要求4所述共模电压的校准方法，其特征在于：利用各级低压侧采样通道对所对应的待采样电压的测量值Vm_1…Vm_i、更高一级采样通道对所对应的待采样电压的测量值Vm_i+1，以及各级低压侧采样通道对和更高一级采样通道对所对应的校准系数K_1…K_i、K_i+1，获得更高一级采样通道对所对应的待采样电压的校准值Vc_i+1，其中，Vc_i+1＝Vm_i+1×Vm_i×…×Vm_1×K_i+1×K_i×…×K_1，i用于标识所述采样通道对。
7.根据权利要求4所述共模电压的校准方法，其特征在于：利用已知电压作为各组采样通道的待采样电压，根据所述已知电压和各组采样通道对应的测量电压，计算各组采样通道的校准系数。
8.根据权利要求1所述共模电压的校准方法，其特征在于：在依次测量经所述采样通道采样获得的各组待采样电压时，通过数据选择器将每组待采样电压的采样值输入至调制电路，以实现对采样电压的模/数转换。
9.根据权利要求8所述共模电压的校准方法，其特征在于：使用切换电容器∑-ΔADC实现对采样电压的模/数转换。
10.一种芯片，执行如权利要求1-9任一项所述的共模电压的校准方法。
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