CN212845811U - 一种应用于ftu蓄电池监测模块的电压采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，包括电池组、n个电子开关、ADC芯片和MCU，所述电池组由n节电池串联组成，n≥2，设电池组从正极端到负极端数依次为第1、…、n‑1、n节电池，所述电池组与ADC芯片之间通过电子开关连接，ADC芯片与MCU之间电连接，电池组中的每节电池与对应的电子开关之间连接一个高低压转换电路。本实用新型通过在每节电池与对应的电子开关之间增加高低压转换电路，将串联电池较高的共模电压转换为较低的共模电压，同时完成电池电压的比例放大，再通过电子开关选通后直接进入ADC芯片进行电压采集，可以将采集方案简化为省略ADC芯片隔离的供电方式，直接与电池组的负极连接从而进行非隔离采集。

Description

一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路

技术领域

本实用新型涉及蓄电池监测技术领域，具体涉及一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路。

背景技术

FTU蓄电池作为FTU后备电源起到的作用越来越关键，因此需要对蓄电池进行实时监测并提前告警，而电池电压则为其中最关键一个模拟量参数。

FTU中蓄电池通常采用24V或者48V作为备用电池，实际上，无论是24V还是48V，都是由12V蓄电池串联形成。如果需要采集串联每一节电池的电压，通常会采用1颗模数转换器（即ADC芯片）配套前端的电子开关进行；同时为了避免电池串联形成较高的共模电压导致ADC芯片输入端过压损坏，一般会给ADC芯片进行隔离供电，也就是ADC芯片的电源地需要与电池组负极隔离后才可以采集。

传统的串联电池组的电压采集电路如图1所示，前端为电子开关，通过MCU的I/O口控制电池电压采集时将对应电子开关选通进入到AD调理电路，通过AD调理电路将电压等级比例放大，同时建立与ADC芯片的接地端GND1的较小共模电压，从而可以让ADC芯片正常采集电压。最后，ADC芯片与MCU通讯将电压值传递。但是此方案必须给ADC芯片和MCU一个与电池组的负极VBAT-隔离的电源才可以，否则串联的电池将有较高共模电压而损坏ADC芯片。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，包括电池组、n个电子开关、ADC芯片和MCU，所述电池组由n节电池串联组成，n≥2，设电池组从正极端到负极端数依次为第1、…、n-1、n节电池，所述电池组与ADC芯片之间通过电子开关连接，ADC芯片与MCU之间电连接，电池组中的每节电池与对应的电子开关之间连接一个高低压转换电路，其中，第i节电池与电子开关之间的高低压转换电路包括运算放大器U1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，1≤i≤n-1，第i节电池的正极通过电阻R1与运算放大器U1的反相输入端连接、第i节电池的负极直接与运算放大器U1的同相输入端连接，运算放大器U1的输出端通过电阻R2与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与运算放大器U1的反相输入端连接，三极管Q1的集电极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地；第n节电池与电子开关之间的高低压转换电路包括电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端与第n节电池的正极连接、另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，第n节电池的负极与ADC芯片的电源地连接。

进一步地，所述三极管Q1为PNP型三极管。

进一步地，第i节电池的正极和第i+1节电池的负极为第i节电池的运算放大器U1供电。

本实用新型优选地，所述运算放大器U1为单电源轨到轨宽范围供电的运算放大器。

本实用新型优选地，n=4，即电池为4节，电子开关也为4个。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过在每节电池与对应的电子开关之间增加一个高低压转换电路，从而将串联电池较高的共模电压转换为较低的共模电压，同时完成电池电压的比例放大，再通过电子开关选通后直接进入ADC芯片进行电压采集，可以将采集方案简化为省略ADC芯片隔离的供电方式，直接与电池组的负极连接从而进行非隔离采集，且ADC芯片电源地与电池组负极连接仍然可以正常、准确地采集串联电池组中每一节电池电压。

附图说明

图1为传统的串联电池组的电压采集电路图。

图2为本实用新型实施例所述的应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路图。

图3为本实用新型实施例所述的电池V1、V2和V3的高低压转换电路。

图4为本实用新型实施例所述的电池V4的高低压转换电路。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

如图2-4所示，本实用新型公开了一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，包括电池组、n个电子开关、ADC芯片和MCU，所述电池组由n节12V的电池串联组成，其中，n≥2，设电池组从正极端到负极端数依次为第1、…、n-1、n节电池，也就是从图2-4来看，是从电池组的上端到下端数依次设为第1、…、n-1、n节电池，相对应的，电子开关从上到下也依次为第1…、n-1、n个，所述电池组与ADC芯片之间通过电子开关连接，ADC芯片与MCU之间电连接。

本实用新型改进最大的地方在于，电池组中的每节电池与对应的电子开关之间连接一个高低压转换电路，以将串联电池较高的共模电压转换为较低的共模电压，同时完成电池电压的比例放大，再通过电子开关选通后直接进入ADC芯片进行电压采集，可以将采集方案简化为省略ADC芯片隔离的供电方式，直接与电池组的VBAT-连接从而进行非隔离采集。本实用新型所述的高低压转换电路有两种，本实施例以n=4为例进行具体说明，即，电池组中的电池自上而下依次为第1节电池V1、第2节电池V2、第3节电池V3和第4节电池V4，对应的电子开关自上而下依次为第1、2、3和4个。

第一种高低压转换电路：电池V1与第1个电子开关之间的高低压转换电路、电池V2与第2个电子开关之间的高低压转换电路以及电池V3与第3个电子开关之间的高低压转换电路的结构相同，以电池V1与第1个电子开关之间的高低压转换电路为例详细说明，如图3所示，其包括运算放大器U1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，本实施例优选所述三极管Q1为PNP型三极管，所述运算放大器U1为单电源轨到轨宽范围供电的运算放大器，电池V1的正极和电池V2的负极为电池V1的运算放大器U1供电，电池V1的正极通过电阻R1与运算放大器U1的反相输入端连接、电池V1的负极直接与运算放大器U1的同相输入端连接，运算放大器U1的输出端通过电阻R2与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与运算放大器U1的反相输入端连接，三极管Q1的集电极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地。根据虚短与虚断原理，电阻R1两端等效为被采集的电池电压，同时运算放大器U1输出控制三极管Q1从而采样支路上电阻R1、三极管Q1、电阻R3流过电流相同原则，如果R3与R1为比例放大关系，由于流过电流相同，则两端电压同样成相同比例放大关系，最终实现高低压转换。以此类推，电池V2和V3的高低压转换电路与电池V1的高低压转换电路相同。

第二种高低压转换电路：电池V4与第4个电子开关之间的高低压转换电路，如图4所示，其包括电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端与电池V4的正极连接、另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，电池V4的负极与ADC芯片的电源地连接，可以通过电阻分压后直接进入ADC芯片采集电池电压。

以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，包括电池组、n个电子开关、ADC芯片和MCU，所述电池组由n节电池串联组成，n≥2，设电池组从正极端到负极端数依次为第1、…、n-1、n节电池，所述电池组与ADC芯片之间通过电子开关连接，ADC芯片与MCU之间电连接，其特征在于，电池组中的每节电池与对应的电子开关之间连接一个高低压转换电路，其中，第i节电池与电子开关之间的高低压转换电路包括运算放大器U1、三极管Q1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，1≤i≤n-1，第i节电池的正极通过电阻R1与运算放大器U1的反相输入端连接、第i节电池的负极直接与运算放大器U1的同相输入端连接，运算放大器U1的输出端通过电阻R2与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与运算放大器U1的反相输入端连接，三极管Q1的集电极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地；第n节电池与电子开关之间的高低压转换电路包括电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端与第n节电池的正极连接、另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，第n节电池的负极与ADC芯片的电源地连接。

2.根据权利要求1所述的应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，其特征在于，所述三极管Q1为PNP型三极管。

3.根据权利要求1所述的应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，其特征在于，第i节电池的正极和第i+1节电池的负极为第i节电池的运算放大器U1供电。

4.根据权利要求1所述的应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，其特征在于，所述运算放大器U1为单电源轨到轨宽范围供电的运算放大器。

5.根据权利要求1所述的应用于FTU蓄电池监测模块的电压采集电路，其特征在于，n=4。

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