CN212845573U - 一种电池电压的隔离检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请属于测量电变量技术领域，具体请求保护一种电池电压的隔离检测电路，用于获取电池检测端直流信号对应的电压值，所述电路包括隔离变压器、振荡单元、电压源单元和输出单元，隔离变压器的输入端连接所述电池的检测端；所述隔离变压器用于感应所述电池检测端的直流信号；所述振荡单元的输入端连接所述隔离变压器的输出端；所述振荡单元将所述直流信号转变成脉动直流信号；所述电压源单元的输入端连接所述电池的检测端；所述电压源单元用于根据所述直流信号输出参考电压；所述输出单元的信号输入端连接所述振荡单元的输出端；所述输出单元的电压端连接所述电压源单元的输出端；所述输出单元根据所述参考电压和脉动直流信号输出电池的电压值。

Description

一种电池电压的隔离检测电路

技术领域

本申请属于测量电变量技术领域，具体涉及一种电池电压的隔离检测电路。

背景技术

目前，随着新能源的快速发展，电动汽车使用越来越广泛，动力电池的衰减、安全隐患的风险要远大于传统机械发动机，如何保证其用车过程中的电池安全至关重要，其中，电动汽车动力电池电压的检测是保证电池安全的重要一环，然而动力电池在电动汽车的实际应用中，会因为现场的各种谐波干扰导致电池电压的检测信号失真，不能正确的反馈。

为了提高信号的可靠性，需要采用信号隔离模块来保证信号的正确传输和反馈。现有技术中的隔离模块通过变压器、光电耦合器、霍尔器件等器件实现，而模拟信号的隔离转换却十分困难，需要先将模拟信号转换成数字信号，再通过数字隔离器件进行信号隔离传输，此种方法需要多个隔离器件才能实现模拟信号隔离转换功能，因此，实现起来过程复杂、成本大。

因此，需要提供一种针对上述现有技术中不足的改进技术方案。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种电池电压的隔离检测电路，用以克服上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种电池电压的隔离检测电路，用于获取电池检测端直流信号对应的电压值，所述电路包括：

隔离变压器，所述隔离变压器的输入端连接所述电池的检测端；所述隔离变压器用于感应所述电池检测端的直流信号；

振荡单元，所述振荡单元的输入端连接所述隔离变压器的输出端；所述振荡单元将所述直流信号转变成脉动直流信号；

电压源单元，所述电压源单元的输入端连接所述电池检测端；所述电压源单元用于根据所述直流信号输出参考电压；

输出单元，所述输出单元的信号输入端连接所述振荡单元的输出端；所述输出单元的电压端连接所述电压源单元的输出端；所述输出单元根据所述参考电压和脉动直流信号输出电池的电压值。

进一步的，所述振荡单元包括双向钳位支路、阻容振荡支路和扩流支路；

所述双向钳位支路一端连接所述电池的检测端，另一端接地；所述隔离变压器一端连接所述电池的检测端，另一端设置在所述双向钳位支路上；

所述阻容振荡支路的一端设置在所述双向钳位支路上，所述阻容振荡支路的另一端连接所述扩流支路的一端，所述扩流支路的另一端连接所述输出单元的信号输入端。

进一步的，所述双向钳位支路包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极连接。

进一步的，所述阻容振荡支路包括串联连接的第四滤波电容和第二电阻。

进一步的，所述扩流支路包括场效应管，所述场效应管的栅极连接所述第二电阻，所述场效应管的漏极连接所述隔离变压器的输出端，所述场效应管的源极连接所述振荡单元的输出端。

进一步的，所述输出单元包括：

电压可调模块，所述电压可调模块的信号输入端连接所述振荡单元的输出端，所述电压可调模块的第一电压端连接所述电压源单元的输出端；

运算放大模块，所述运算放大模块的第二电压端连接所述电压源单元的输出端，所述运算放大模块的正极输入端连接所述电压可调模块的输出端。

进一步的，所述电压可调模块包括第一可调子模块和第二可调子模块；所述第一可调子模块的第一端连接所述电压可调模块的第一电压端；所述第一可调子模块的第二端连接所述第二可调子模块的信号输入端；所述第二可调子模块的输出端连接所述运算放大模块的正极输入端。

进一步的，所述运算放大模块包括运算放大器和分压支路；

所述分压支路一端连接所述运算放大模块的第二电压端，所述分压支路的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述分压支路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻；

所述运算放大器的正极输入端连接所述运算放大模块的正极输入端，所述运算放大器的负极输入端连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间。

进一步的，所述电压源单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述电池，第一电阻的第二端连接所述电压源单元的输出端；

线性稳压器，所述线性稳压器的阳极接地，所述线性稳压器的阴极连接在第一电阻的第二端和所述电压源单元的输出端之间；

第一滤波电容，所述第一滤波电容与所述线性稳压器并联，所述第一滤波电容一端接地，另一端连接在第一电阻的第二端和所述电压源单元的输出端之间。

进一步的，所述隔离变压器的变比为1：1。

有益效果：本申请的电池电压检测通过隔离变压器能够感应输出电流信号，振荡单元将感应到的直流信号转化成脉动直流信号后给输出单元，输出单元根据电压源单元产生的参考电压和脉动直流信号，就能准确的输出电池的电压值，即本申请采用隔离变压器配合模拟振荡电路的方式，无须光电耦合器件及数字信号转换即可实现模拟信号的隔离和稳定输出，实现方式既简单可靠又降低了成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为本申请电池电压检测的原理框图；

图2为本申请电池电压检测电路结构示意图一；

图3为本申请电池电压检测电路结构示意图二。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

本申请的电池电压的隔离检测电路主要针对电池检测端的电压模拟信号（即直流信号）进行检测，既可适用对电池的充电电压进行检测，又可在电池供电过程中对电池的电压进行检测，通过对电池电压的检测能够实现电池运行状态的监测，为后续控制管理提供参考依据。

本申请的电池电压的隔离检测电路用于检测电池的直流信号，如图1所述为本申请中电池电压检测的原理框图，包括隔离变压器、振荡单元、电压源单元和输出单元。

所述隔离变压器的输入端连接所述电池的检测端；所述隔离变压器用于感应电池的所述直流信号；所述振荡单元的输入端连接所述隔离变压器的输出端；所述振荡单元将所述直流信号转变成脉动直流信号；所述电压源单元的输入端连接所述电池的检测端；所述电压源单元用于根据所述直流信号产生参考电压；所述输出单元的信号输入端连接所述振荡单元的输出端；所述输出单元的电压端连接所述电压源单元的输出端；所述输出单元根据所述参考电压和脉动直流信号输出电池的电压值。

本申请的电池电压的隔离检测通过隔离变压器能够感应输出电流信号，振荡单元将感应到的直流信号转化成脉动直流信号后给输出单元，输出单元根据电压源单元产生的参考电压和脉动直流信号，就能准确的输出电池的电压值，即本申请采用隔离变压器配合模拟振荡电路的方式，无须光电耦合器件及数字信号转换即可实现模拟信号的隔离和稳定输出，实现方式既简单可靠又降低了成本。

以下结合附图2和附图3详细介绍本申请电池电压的隔离检测电路。

在本申请实施例中，电压源单元包括第一电阻R352和线性稳压器V1和第一滤波电容C28。所述第一电阻R352的第一端连接所述电池的检测端，第一电阻R352的第二端连接所述电压源单元的输出端；所述线性稳压器V1的阳极接地，阴极连接在第一电阻R352的第二端和所述电压源单元的输出端之间；所述第一滤波电容C28与所述线性稳压器V1并联，所述第一滤波电容C28一端接地，另一端连接在第一电阻R352的第二端和所述电压源单元的输出端之间。

本申请的电压源单元将电池的直流信号（电池电压VDD1，）经过第一电阻R352进行限流后，在线性稳压器V1和第一滤波电容C28的作用下，输出高精度的电压VDD2，也就是电压源单元根据电池的直流信号输出高精度的参考电压，该参考电压为输出单元能够保证输出准确、可靠的电压作处理分析的参考依据。

在本申请实施例中，隔离变压器的变比为1：1，即隔离变压器输入端和输出端绕组线圈匝数一致，这样能够感应输出端与输入端的同比幅值的电流信号，降低检测过程中电流信号幅值的变化。电池电压VDD1幅值范围为直流12V~36V，作为其他实施方式，电池电压VDD1根据实际应用场景确定，对电压幅值不作具体限定。

在本申请实施例中，振荡单元包括双向钳位支路、阻容振荡支路和扩流支路。为了滤除电池检测端直流信号中的交流成分，振荡单元还可以进一步包括滤波支路，在滤波支路的作用下，使隔离变压器感应的直流信号更加平滑。

滤波支路和双向钳位支路并联，滤波支路一端连接电池，另一端接地；双向钳位支路一端连接电池，另一端接地；所述滤波支路包括第二滤波电容C30和第三滤波电容C31，第二滤波电容C30和第三滤波电容C31串联连接；所述双向钳位支路包括第一二极管DS5和第二二极管DS51，第一二极管DS5的阳极和第二二极管DS51的阴极串联连接。隔离变压器的输出端6连接在第二滤波电容C30和第三滤波电容C31之间，隔离变压器的输出端7连接在第一二极管DS5和第二二极管DS51之间。

阻容振荡支路包括串联的第四滤波电容C32和第二电阻R34，第四滤波电容C32连接隔离变压器的输出端7，第二电阻R34连接扩流支路的输入端。

扩流支路包括场效应管NF5，场效应管NF5的栅极连接第二电阻R34，场效应管NF5的漏极连接隔离变压器的输出端6，场效应管NF5的源极连接第五滤波电容C33的一端，第五滤波电容C33的另一端连接隔离变压器的输出端7。第五滤波电容C33的两端为振荡单元的输出端，即输出端包括第一端VTS11和第二端VTS12。

本申请中隔离变压器输出端（6，7）之间感应到直流信号经过第二滤波电容C30和第三滤波电容C31的滤波、第一二极管DS5和第二二极管DS51的双向钳位，然后通过阻容振荡支路形成与变压器输入端同频率的直流脉动信号，最后经过场效应管NF5扩流后到振荡单元的输出端（VTS11、VTS12）。即振荡单元根据隔离变压器感应到的直流信号处理转化为直流脉动信号，然后给输出单元。

在本申请实施例中，输出单元包括电压可调模块和运算放大模块。输出单元的电压端包括电压可调模块的第一电压端和运算放大模型的第二电压端；电压可调模块的信号输入端连接振荡单元的输出端，所述电压可调模块的第一电压端连接所述电压源单元的输出端；所述运算放大模块的第二电压端连接所述电压源单元的输出端，所述运算放大模块的正极输入端连接所述电压可调模块的输出端。

电压可调模块包括第一可调子模块和第二可调子模块。所述第一可调子模块的第一端连接所述电压可调模块的第一电压端；所述第一可调子模块的第二端连接所述第二可调子模块的信号输入端；所述第二可调子模块的输出端连接所述运算放大模块的正极输入端。

所述运算放大模块包括运算放大器和分压支路；所述分压支路一端连接所述运算放大模块的第二电压端，所述分压支路的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述分压支路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻；所述运算放大器的正极输入端连接所述运算放大模块的正极输入端，所述运算放大器的负极输入端连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间。

具体的，第一可调子模块包括第一可调电阻KZ1，第二可调模块包括第二可调电阻KS1，运算放大模块包括运算放大器IC4A。第一可调电阻KZ1的第一端通过电阻R31连接电压可调模块的第一电压端，第一可调电阻KZ1的第二端连接第二可调子模块的信号输入端。第二可调电阻KS1的第一端和第三端分别通过电阻R32和电阻R33连接电压可调模块的信号输入端，第二可调电阻KS1的第二端连接运算放大器IC4A的正极输入端，运算放大器IC4A的负极输入端连接在所述第一分压电阻R30和第二分压电阻R29之间。运算放大器IC4A的输出端连接输出单元的负极输出端，输出单元的正极输出端连接电池的检测端。输出单元的正极输出端和输出单元的负极输出端形成输出单元的输出端，也即检测电路的输出端。

电压源单元输出的高精度电压信号经过电阻R31和电阻R25和第一可调电阻KZ1分压后连接到振荡单元的信号输出端VTS11，作为第一级可调，用于调整信号零点及最高点。然后电压可调模块的信号输入端（VTS11、VTS12）经过电阻R32、电阻R33和第二可调电阻KS1分压，作为第二级可调，用于调整信号的线性幅值。使电压调整模块的直流信号与电池检测端的输出信号达到一致。再经过滤波电容C27滤波后送到运算放大器IC4A的正极输入端，来自输出单元负极输出端OUT-的电流信号经过电阻R20、电阻R21、电阻R23、第一分压电阻R29和第二分压电阻R30对参考电压VDD2分压后送到运算放大器IC4A的负极输入端，运算放大器IC4A对电压可调模块输出的输入信号和输出单元的负极输出端的反馈信号进行闭环比较和电容C26二次滤波后转换成稳定的直流信号运算，再经过电阻R28和场效应管NF4的扩流作为最终输出信号的负端OUT-，电池检测端VDD1为输出单元的正极输出端OUT+，形成隔离直流信号的闭路输出电池检测端的电压值。

本申请的输出单元包括两级可调的电压可调模块和运算放大模块，电压可调模块分别对电流感应信号的零点和幅值进行调整，调整到与输入信号一致，同时输出单元包括运算放大器和输出扩流，使得振荡单元输出的脉动直流信号经过精密可调电阻两级调节后，与输出反馈电流经过高精度运算放大器闭环比较输出和放大电路扩流输出稳定的电流信号，输出电流信号的幅值由精密可调电阻调整出与隔离变压器输入端幅值致，达到一比一信号隔离的效果。

本申请的电池电压的隔离检测电路去掉成本高昂的光电隔离器件，使用隔离变压器振荡电路与运算放大器结合，实现信号隔离并恒流输出的目的，该实现方式简单，成本低，传输信号较其它方式更可靠稳定。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池电压的隔离检测电路，用于获取电池检测端直流信号对应的电压值，其特征在于，所述电路包括：

隔离变压器，所述隔离变压器的输入端连接所述电池的检测端；所述隔离变压器用于感应所述电池检测端的直流信号；

振荡单元，所述振荡单元的输入端连接所述隔离变压器的输出端；所述振荡单元将所述直流信号转变成脉动直流信号；

电压源单元，所述电压源单元的输入端连接所述电池检测端；所述电压源单元用于根据所述直流信号输出参考电压；

输出单元，所述输出单元的信号输入端连接所述振荡单元的输出端；所述输出单元的电压端连接所述电压源单元的输出端；所述输出单元根据所述参考电压和脉动直流信号输出电池的电压值。

2.根据权利要求1所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述振荡单元包括双向钳位支路、阻容振荡支路和扩流支路；

所述双向钳位支路一端连接所述电池的检测端，另一端接地；所述隔离变压器一端连接所述电池的检测端，另一端设置在所述双向钳位支路上；

所述阻容振荡支路的一端设置在所述双向钳位支路上，所述阻容振荡支路的另一端连接所述扩流支路的一端，所述扩流支路的另一端连接所述输出单元的信号输入端。

3.根据权利要求2所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述双向钳位支路包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极连接。

4.根据权利要求2所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述阻容振荡支路包括串联连接的第四滤波电容和第二电阻。

5.根据权利要求4所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述扩流支路包括场效应管，所述场效应管的栅极连接所述第二电阻，所述场效应管的漏极连接所述隔离变压器的输出端，所述场效应管的源极连接所述振荡单元的输出端。

6.根据权利要求1所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述输出单元包括：

电压可调模块，所述电压可调模块的信号输入端连接所述振荡单元的输出端，所述电压可调模块的第一电压端连接所述电压源单元的输出端；

运算放大模块，所述运算放大模块的第二电压端连接所述电压源单元的输出端，所述运算放大模块的正极输入端连接所述电压可调模块的输出端。

7.根据权利要求6所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述电压可调模块包括第一可调子模块和第二可调子模块；所述第一可调子模块的第一端连接所述电压可调模块的第一电压端；所述第一可调子模块的第二端连接所述第二可调子模块的信号输入端；所述第二可调子模块的输出端连接所述运算放大模块的正极输入端。

8.根据权利要求6所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述运算放大模块包括运算放大器和分压支路；

所述分压支路一端连接所述运算放大模块的第二电压端，所述分压支路的另一端连接所述运算放大器的输出端；所述分压支路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻；

所述运算放大器的正极输入端连接所述运算放大模块的正极输入端，所述运算放大器的负极输入端连接在所述第一分压电阻和第二分压电阻之间。

9.根据权利要求1所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述电压源单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述电池，第一电阻的第二端连接所述电压源单元的输出端；

线性稳压器，所述线性稳压器的阳极接地，所述线性稳压器的阴极连接在第一电阻的第二端和所述电压源单元的输出端之间；

第一滤波电容，所述第一滤波电容与所述线性稳压器并联，所述第一滤波电容一端接地，另一端连接在第一电阻的第二端和所述电压源单元的输出端之间。

10.根据权利要求1所述的电池电压的隔离检测电路，其特征在于，所述隔离变压器的变比为1：1。

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