CN214101344U - 一种高压采样信号隔离电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高压采样信号隔离电路，通过高压MCU、低压MCU以及设置在两个MCU间的隔离部件构成传输路径，高压采样信号传输进高压MCU，并对采样信号进行AD转换，采样信号经AD转换后变成数字信号。高压MCU可与低压MCU双向通信，数字信号经隔离部件传输后成为低压信号并传输如低压MCU，低压MCU对采集到的低压信号分析给高压MCU输出一控制信号。本实用新型中两个MCU以及隔离部件之间的通信通过串行总线来完成，可减少高低压间通信的接口数量，并且AD转换可用12位的AD转换以提高采样精度以及降低温漂的风险。此外，串行通信方式可保证多路信号传输时成本较低。

Description

一种高压采样信号隔离电路

技术领域

本实用新型属于汽车技术领域，特别涉及一种高压采样信号隔离电路。

背景技术

在电动汽车/混合动力汽车电机控制器中，高压侧采样信号众多，包括母线电压采样信号，相电压采样信号，IGBT温度采样信号等，这些采样信号同时对精度和采样速度有着较高的要求。控制器需要将高压侧采样信号传输到低压侧MCU，低压侧MCU根据这些信号分析后执行相应的控制策略。在汽车领域的控制器中，出于人身安全考虑，需要对高低压进行电气隔离，在采样信号的传输路径中设置电气隔离。在采样电路中，通常将幅值较高的电压信号经过电阻分压后得到幅值较低的电压模拟信号，目前常见的高低压隔离方案有两种，一种是变压器隔离，另一种是光电隔离。

变压器隔离通过原副边绕组电流的隔离达到电气隔离的作用，如图1所示，原副边绕组电压通过电磁感应实现信号的传输，但是传输的速率受磁损的限制，通常在几千赫兹以下，在多路信号传输的场合下需要多个变压器隔离通道，体积较大增加成本，并且只能传递交流信号，如传递直流信号需要采用调制的方法，进一步降低了传输速率。

光电隔离通过电-光-电的转换达到电气隔离的目的，如图2所示，光电隔离属于信号的完全单向隔离，可抑制共模信号，抗干扰能力强，传输速率远远高于变压器传输，可以达到10Mbit的速率，并且市面上有多种多通道隔离器，在多路信号传输的场合下使用体积较小，但是适用于传输模拟信号的线性光耦器件只在有限的范围内线性度较高，不适合高精度的信号。

上述的两种隔离方案属于模拟信号传输，难以同时满足高精度高速率的信号传输要求，并且每路模拟信号需要独立的传输通道，成本高，体积大，效率低，在高低温环境中也存在温漂的缺点，在电动汽车/混合动力汽车电机控制器中需要更优化的高低压隔离方案。

实用新型内容

本实用新型提供一种高压采样信号隔离电路，用于解决现有技术中难以同时满足高精度高速率的信号传输要求，并且每路模拟信号需要独立的传输通道，成本高，体积大，效率低，在高低温环境中也存在温漂等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种高压采样信号隔离电路，包括高压MCU、低压MCU以及隔离部件；

所述高压MCU与所述低压MCU通过数据总线连接，所述高压MCU与所述低压MCU间设置有所述隔离部件；

所述高压MCU用于将高压信号通过AD转换经所述数据总线传输至所述隔离部件；

所述隔离部件用于将经过AD转换后的所述高压信号变为低压信号并传输至所述低压MCU；

所述低压MCU用于根据所述低压信号生成控制信号，并经所述数据总线传输至所述高压MCU。

可选的，所述隔离部件包括一变压器；

所述高压MCU与所述低压MCU间设置有所述变压器；

高压信号经所述高压MCU通过所述数据总线传输至所述变压器变为低压信号。

可选的，所述变压器可为脉冲隔离变压器。

进一步的，所述隔离部件包括一光耦；

所述高压MCU与所述低压MCU间设置有所述光耦；

高压信号经所述高压MCU通过所述数据总线传输至所述光耦变为低压信号。

可选的，所述光耦可为非线性光耦。

可选的，所述数据总线可为SCI数据总线。

可选的，所述数据总线还可为SPI数据总线。

可选的，所述数据总线还可为USART数据总线。

可选的，所述数据总线还可为I2C数据总线。

可选的，所述AD转换位数为12位。

本实用新型提供一种高压采样信号隔离电路，通过高压MCU、低压MCU以及设置在两个MCU间的隔离部件构成传输路径，高压采样信号传输进高压MCU，并对采样信号进行AD转换，采样信号经AD转换后变成数字信号。高压MCU可与低压MCU双向通信，数字信号经隔离部件传输后成为低压信号并传输如低压MCU，低压MCU对采集到的低压信号分析给高压MCU输出一控制信号。本实用新型中两个MCU以及隔离部件之间的通信通过串行总线来完成，可减少高低压间通信的接口数量，并且AD转换可用12位的AD转换以提高采样精度以及降低温漂的风险。此外，串行通信方式可保证多路信号传输时成本较低。

附图说明

图1为现有技术中变压器隔离电路示意图；

图2为现有技术中光电隔离电路示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的一种高压采样信号隔离电路示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的一种高压采样信号隔离电路示意图；

10-低压MCU，20-变压器，30-线性光耦，40-高压MCU，50-非线性光耦。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种高压采样信号隔离电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

实施例一

如图3所示，本实用新型实施例一提供一种高压采样信号隔离电路，包括高压MCU40、低压MCU10以及隔离部件。所述高压MCU40与所述低压MCU10通过数据总线连接，所述高压MCU40与所述低压MCU10间设置有所述隔离部件。

高压信号经所述高压MCU40的AD转换通过所述数据总线传输至所述隔离部件变为低压信号，所述低压信号通过所述数据总线传输至所述低压MCU10，所述低压MCU10经过处理对所述高压MCU40发送控制信号。

本实用新型通过高压MCU40、低压MCU10以及设置在两个MCU间的隔离部件构成传输路径，高压采样信号传输进高压MCU40，并对采样信号进行AD转换，采样信号经AD转换后变成数字信号。高压MCU40可与低压MCU10双向通信，数字信号经隔离部件传输后成为低压信号并传输如低压MCU10，低压MCU10对采集到的低压信号分析给高压MCU40输出一控制信号。

本实施例一中，所述隔离部件可以为变压器20，所述传输路径由高压MCU40、低压MCU10和SCI协议组成，其中高压MCU40对输入的采样信号a进行AD转换，将输入的模拟信号转换为12位的数字信号，高压MCU40在SCI协议基础上与低压MCU10双向通信，多路的采样信号数字信号通过SCI数据总线传输到低压MCU10，低压MCU10对采样信号处理分析后输出指令到SCI总线，传输到高压MCU40，高压MCU40分解出总线上的指令，给出高压侧控制信号M。

可选地，本实施例中变压器20可为脉冲隔离变压器，所述脉冲隔离变压器设置于SCI总线上，一路通道传输由高压侧到低压侧的TXD信号，另一路通道传输由低压侧到高压侧的RXD信号。

需要注意的是，本实施例一中所述数据总线为SCI数据总线，并且所述高压MCU40、低压MCU10之间的数据是按照SCI协议来传输的。除此之外，所述数据总线还可为SPI数据总线，那么此时所述高压MCU40、低压MCU10之间的数据是按照SPI协议来传输的；所述数据总线还可为USART数据总线，那么此时所述高压MCU40、低压MCU10之间的数据是按照USART协议来传输的；所述数据总线还可为I2C数据总线，那么此时所述高压MCU40、低压MCU10之间的数据是按照I2C协议来传输的。所述数据总线还可以是其它串行通信总线结构，在此不做赘述，当然，按照这些串行通信总线结构来传输数据必须遵循相应的协议，而且，所述高压MCU40和所述低压MCU10还需有相应的外设接口或者内置接口。

发明人发现，本实施例一中所述AD转换的位数可设置为12位，当AD转换的位数设置为12位时，高压MCU的采样精度可有效提高并且可降低温漂的风险。另外，利用串行通信总线结构来传输数据可实现在多路信号传输时成本较低。

实施例二

本实施例二与实施例一的区别在于，所述隔离部件由脉冲隔离变压器变为光耦，如图4所示，本实施例二的其他结构与实施例一均相同，信号传输的原理也与实施例一相同，发明人在试验中发现光耦与脉冲隔离变压器相比传输速率更高，抗干扰能力更强，更适合电动汽车或者混合动力汽车电机控制器。

进一步地，所述光耦可为非线性光耦50。

综上所述，本实用新型提供一种高压采样信号隔离电路，通过高压MCU、低压MCU以及设置在两个MCU间的隔离部件构成传输路径，高压采样信号传输进高压MCU，并对采样信号进行AD转换，采样信号经AD转换后变成数字信号。高压MCU可与低压MCU双向通信，数字信号经隔离部件传输后成为低压信号并传输如低压MCU，低压MCU对采集到的低压信号分析给高压MCU输出一控制信号。本实用新型中两个MCU以及隔离部件之间的通信通过串行总线来完成，可减少高低压间通信的接口数量，并且AD转换可用12位的AD转换以提高采样精度以及降低温漂的风险。此外，串行通信方式可保证多路信号传输时成本较低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，包括高压MCU、低压MCU以及隔离部件；

所述高压MCU与所述低压MCU通过数据总线连接，所述高压MCU与所述低压MCU间设置有所述隔离部件；

所述高压MCU用于将高压信号通过AD转换经所述数据总线传输至所述隔离部件；

所述隔离部件用于将经过AD转换后的所述高压信号变为低压信号并传输至所述低压MCU；

所述低压MCU用于根据所述低压信号生成控制信号，并经所述数据总线传输至所述高压MCU。

2.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述隔离部件包括一变压器；

所述高压MCU与所述低压MCU间设置有所述变压器；

高压信号经所述高压MCU通过所述数据总线传输至所述变压器变为低压信号。

3.如权利要求2所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述变压器为脉冲隔离变压器。

4.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述隔离部件包括一光耦；

所述高压MCU与所述低压MCU间设置有所述光耦；

高压信号经所述高压MCU通过所述数据总线传输至所述光耦变为低压信号。

5.如权利要求4所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述光耦为非线性光耦。

6.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述数据总线为SCI数据总线。

7.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述数据总线为SPI数据总线。

8.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述数据总线为USART数据总线。

9.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述数据总线为I2C数据总线。

10.如权利要求1所述的一种高压采样信号隔离电路，其特征在于，所述AD转换位数为12位。

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