CN215415604U - 多路复用切换式直流高压隔离采样装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多路复用切换式直流高压隔离采样装置，用于直流储能充电桩，所述装置包括A/D转换模块（1）、若干分压采样模块（4）和若干驱动模块（5）；A/D转换模块包括第一输入端（Ain+）和第二输入端（Ain‑）；每对高压正母线和高压负母线配置有分压采样模块和驱动模块；分压采样模块包括分压电阻和采样电阻；驱动模块包括驱动电源、第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的常态均为断开；分压电阻和采样电阻依次串联在高压正母线和高压负母线之间，分压电阻和采样电阻之间的连接点经第一开关连接第一输入端，采样电阻和高压负母线之间的连接点经第二开关连接第二输入端。本实用新型电路结构简洁，满足直流高压隔离采样要求，且成本可控。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流充电桩电压采样，特别涉及一种多路复用切换式直流高压隔离采样装置。
背景技术
传统的直流高压非隔离采样装置是基于一个公共高压负母线进行电压采样，而当系统中存在多个高压源，例如充电桩，尤其是储能充电桩，A/D转换模块1也随之需要提供多路信号输入通道，参见图1，高压正母线HVDC1+、HVDC2+、HVDC3+和公共高压负母线HVDC-之间分别串联分压电阻R1、R2、R3和采样电阻R4、R5、R6，A/D转换模块需提供三路模拟电压信号输入通道。因而，当需要对系统中多个节点进行电压采样，则要求A/D模块相应配置足够数量的信号输入通道，直接增加了电路器件成本，因而使得传统的直流高压非隔离采样已不能满足多高压源系统的高压采样需求。
目前，传统的直流高压隔离采样装置可以通过结合隔离电源2和隔离运放3的方式实现，参见图2，隔离运放也可以由其他模拟信号隔离芯片替代，通过这样的方式可以实现完全每个采样通道完全隔离，具备良好的电气隔离效果，但这种方式由于每个采样通道均需要配置一组隔离电源和隔离运放，导致电路器件成本较高，而且如果要达到较高的采样精度，则电路器件电气要求更高，其成本将远超传统的非隔离高压采样装置。另外，传统的直流高压隔离采样装置同样要求A/D转换模块提供多路信号输入通道。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种多路复用切换式直流高压隔离采样装置，所述装置能为充电桩中多个高压源提供直流高压隔离采样，并且通过多路复用切换式的电路结构使A/D转换模块无需提供多路信号输入通道，能有效控制电路器件成本并保证采样精度。
本实用新型是这样实现的：
一种多路复用切换式直流高压隔离采样装置，用于直流储能充电桩，所述充电桩包括待采样的若干对高压正母线和高压负母线；
所述装置包括A/D转换模块、若干分压采样模块和若干驱动模块；所述A/D转换模块包括第一输入端和第二输入端；所述每对高压正母线和高压负母线均配置有分压采样模块和驱动模块；所述分压采样模块包括分压电阻和采样电阻；所述驱动模块包括驱动电源、第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的常态均为断开；
所述分压电阻和采样电阻依次串联在高压正母线和高压负母线之间，所述分压电阻和采样电阻之间的连接点经第一开关连接第一输入端，所述采样电阻和高压负母线之间的连接点经第二开关连接第二输入端；
当某对高压正母线和高压负母线需要采样时，其对应的驱动模块中第一开关和第二开关由驱动电源驱动闭合，所述A/D转换模块由第一输入端和第二输入端得到模拟信号并转换为数字信号。
所述第一开关和第二开关均为继电器，所述继电器包括线圈，线圈的一端接驱动电源，线圈的另一端连接接地端。
所述第一开关和第二开关均为光耦合器，光耦合器包括发光二极管和光敏三极管，光敏三极管的基极由发光二极管驱动；
所述第一开关的发光二极管一端接驱动电源且另一端连接接地端，第一开关的光敏三极管的集电极经分压电阻连接高压正母线，第一开关的光敏三极管的发射极连接第一输入端；
所述第二开关的发光二极管一端接驱动电源且另一端连接接地端，第二开关的光敏三极管的集电极连接高压负母线，第二开关的光敏三极管的发射极连接第二输入端。
所述A/D转换模块为微处理器内置ADC模块或为AD芯片。
本实用新型针对直流充电桩多个高压源的电压采样特点和要求，为每对高压正母线和高压负母线分别配置了一组分压采样模块和驱动模块，通过分压采样模块采集得到适用于A/D转换模块的电压采样模拟信号，并通过驱动模块实现多路复用切换的检测方式，能够诊断充电桩高压网路中各个节点的电压状态，同时A/D转换模块无需提供多路信号输入通道，能有效减少电路器件成本。另外，基于分压采样模块实现电阻降压，能降低驱动模块的电气参数要求，亦有助于控制电路器件成本。
本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：能满足直流充电桩的高压隔离采样要求，装置电路结构简洁，相较于传统的直流高压隔离采样装置具有显著的成本优势。
附图说明
图1为现有技术直流高压非隔离采样装置的电路结构示意图；
图2为现有技术直流高压隔离采样装置的电路结构示意图；
图3为本实用新型多路复用切换式直流高压隔离采样装置的实施例一的电路结构示意图；
图4为本实用新型的实施例二的电路结构示意图。
图中，1 A/D转换模块，2隔离电源，3隔离运放，4分压采样模块，5驱动模块，HVDC1+、HVDC2+、HVDC3+高压正母线，HVDC-公共高压负母线，HVDC1-、HVDC2-、HVDC3-高压负母线，R1、R2、R3分压电阻，R4、R5、R6采样电阻，AD1、AD2、AD3模拟信号输入端，Vin1、Vin2、Vin3电源输入，K1、K3、K5第一开关，K2、K4、K6第二开关，Vcc1、Vcc2、Vcc3、Vcc4、Vcc5、Vcc6驱动电源，Ain+第一输入端，Ain-第二输入端，GND接地端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例一
参见图3，一种多路复用切换式直流高压隔离采样装置，用于直流储能充电桩，所述充电桩包括待采样的若干对高压正母线和高压负母线。所述装置包括A/D转换模块1、若干分压采样模块4和若干驱动模块5。A/D转换模块1包括第一输入端Ain+和第二输入端Ain-。每对高压正母线和高压负母线均配置有分压采样模块4和驱动模块5。分压采样模块4包括分压电阻和采样电阻。驱动模块5包括驱动电源、第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的常态均为断开。
本实施例中包括三对高压正母线和高压负母线需要进行电压采样，分别为HVDC1+和HVDC1-、HVDC2+和HVDC2-、HVDC3+和HVDC3-。所述A/D转换模块1可为微控制器的内置ADC模块，例如NXP的SPC5744，也可为AD芯片，例如TI的ADS7951。所述第一开关和第二开关均为继电器，继电器包括线圈，线圈的一端接驱动电源，线圈的另一端连接接地端GND。
具体地，高压正母线HVDC1+和高压负母线HVDC1-之间依次串联分压电阻R1和采样电阻R4，分压电阻R1和采样电阻R4之间的连接点经第一开关K1连接第一输入端Ain+，采样电阻R4和高压负母线HVDC1-之间的连接点经第二开关K2连接第二输入端Ain-。第一开关K1的线圈一端接驱动电源Vcc1，第一开关K1的线圈另一端连接接地端GND。第二开关K2的线圈一端接驱动电源Vcc2，第二开关K2的线圈另一端连接接地端GND。
具体地，高压正母线HVDC2+和高压负母线HVDC2-之间依次串联分压电阻R2和采样电阻R5，分压电阻R2和采样电阻R5之间的连接点经第一开关K3连接第一输入端Ain+，采样电阻R5和高压负母线HVDC2-之间的连接点经第二开关K4连接第二输入端Ain-。第一开关K3的线圈一端接驱动电源Vcc3，第一开关K3的线圈另一端连接接地端GND。第二开关K4的线圈一端接驱动电源Vcc4，第二开关K4的线圈另一端连接接地端GND。
具体地，高压正母线HVDC3+和高压负母线HVDC3-之间依次串联分压电阻R3和采样电阻R6，分压电阻R3和采样电阻R6之间的连接点经第一开关K5连接第一输入端Ain+，采样电阻R6和高压负母线HVDC3-之间的连接点经第二开关K6连接第二输入端Ain-。第一开关K5的线圈一端接驱动电源Vcc5，第一开关K5的线圈另一端连接接地端GND。第二开关K6的线圈一端接驱动电源Vcc6，第二开关K6的线圈另一端连接接地端GND。
当某对高压正母线和高压负母线需要采样时，其对应的驱动模块5中第一开关和第二开关由驱动电源驱动闭合，使得A/D转换模块1由第一输入端Ain+和第二输入端Ain-得到模拟信号并转换为数字信号。在直流充电桩的高压采样应用中，主要是诊断高压网络中各个节点的电压状态，由于电压采样不需要实时不间断进行检测，这为多路复用切换的检测方式提供可能。另外，驱动模块的第一开关和第二开关均通过分压电阻实现降压，因此对电路器件的电气参数要求不高，虽然相较于传统的非隔离采样方式增加了一定的电路器件成本，但仍远远低于传统的隔离采样方式。
实施例二
参见图4，和实施例一不同之处在于，本实施例的第一开关和第二开关均为光耦合器，光耦合器包括发光二极管和光敏三极管，光敏三极管的基极由发光二极管驱动。所述第一开关的发光二极管一端接驱动电源且另一端连接接地端GND，第一开关的光敏三极管的集电极经分压电阻连接高压正母线，第一开关的光敏三极管的发射极连接第一输入端Ain+。所述第二开关的发光二极管一端接驱动电源且另一端连接接地端GND，第二开关的光敏三极管的集电极连接高压负母线，第二开关的光敏三极管的发射极连接第二输入端Ain-。
具体地，高压正母线HVDC1+和高压负母线HVDC1-之间依次串联分压电阻R1和采样电阻R4，分压电阻R1和采样电阻R4之间的连接点连接第一开关K1的光敏三极管集电极，第一开关K1的光敏三极管发射极连接第一输入端Ain+，第一开关K1的发光二极管一端接驱动电源Vcc1且另一端连接接地端GND；采样电阻R4和高压负母线HVDC1-之间的连接点连接第二开关K2的光敏三极管集电极，第二开关K2的光敏三极管发射极连接第二输入端Ain-，第二开关K2的发光二极管一端接驱动电源Vcc2且另一端连接接地端GND。
具体地，高压正母线HVDC2+和高压负母线HVDC2-之间依次串联分压电阻R2和采样电阻R5，分压电阻R2和采样电阻R5之间的连接点连接第一开关K3的光敏三极管集电极，第一开关K3的光敏三极管发射极连接第一输入端Ain+，第一开关K3的发光二极管一端接驱动电源Vcc3且另一端连接接地端GND；采样电阻R5和高压负母线HVDC2-之间的连接点连接第二开关K4的光敏三极管集电极，第二开关K4的光敏三极管发射极连接第二输入端Ain-，第二开关K4的发光二极管一端接驱动电源Vcc4且另一端连接接地端GND。
具体地，高压正母线HVDC3+和高压负母线HVDC3-之间依次串联分压电阻R3和采样电阻R6，分压电阻R3和采样电阻R6之间的连接点连接第一开关K5的光敏三极管集电极，第一开关K5的光敏三极管发射极连接第一输入端Ain+，第一开关K5的发光二极管一端接驱动电源Vcc5且另一端连接接地端GND；采样电阻R6和高压负母线HVDC3-之间的连接点连接第二开关K6的光敏三极管集电极，第二开关K6的光敏三极管发射极连接第二输入端Ain-，第二开关K6的发光二极管一端接驱动电源Vcc6且另一端连接接地端GND。
另外，驱动模块5中的第一开关和第二开关也可采用光MOS固体继电器。
本实用新型多路复用切换式直流高压隔离采样装置通过为每对高压正母线和高压负母线配置分压采样模块和驱动模块，不仅能满足直流高压隔离采样的要求，而且能显著降低电路器件成本，易于实现，成本可控。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多路复用切换式直流高压隔离采样装置，用于直流储能充电桩，所述充电桩包括待采样的若干对高压正母线和高压负母线；其特征在于：
所述装置包括A/D转换模块（1）、若干分压采样模块（4）和若干驱动模块（5）；所述A/D转换模块（1）包括第一输入端（Ain+）和第二输入端（Ain-）；所述每对高压正母线和高压负母线均配置有分压采样模块（4）和驱动模块（5）；所述分压采样模块（4）包括分压电阻和采样电阻；所述驱动模块（5）包括驱动电源、第一开关和第二开关，第一开关和第二开关的常态均为断开；
所述分压电阻和采样电阻依次串联在高压正母线和高压负母线之间，所述分压电阻和采样电阻之间的连接点经第一开关连接第一输入端（Ain+），所述采样电阻和高压负母线之间的连接点经第二开关连接第二输入端（Ain-）；
当某对高压正母线和高压负母线需要采样时，其对应的驱动模块（5）中第一开关和第二开关由驱动电源驱动闭合，所述A/D转换模块（1）由第一输入端（Ain+）和第二输入端（Ain-）得到模拟信号并转换为数字信号。
2.根据权利要求1所述的多路复用切换式直流高压隔离采样装置，其特征在于：所述第一开关和第二开关均为继电器，所述继电器包括线圈，线圈的一端接驱动电源，线圈的另一端连接接地端（GND）。
3.根据权利要求1所述的多路复用切换式直流高压隔离采样装置，其特征在于：所述第一开关和第二开关均为光耦合器，光耦合器包括发光二极管和光敏三极管，光敏三极管的基极由发光二极管驱动；
所述第一开关的发光二极管一端接驱动电源且另一端连接接地端（GND），第一开关的光敏三极管的集电极经分压电阻连接高压正母线，第一开关的光敏三极管的发射极连接第一输入端（Ain+）；
所述第二开关的发光二极管一端接驱动电源且另一端连接接地端（GND），第二开关的光敏三极管的集电极连接高压负母线，第二开关的光敏三极管的发射极连接第二输入端（Ain-）。
4.根据权利要求1所述的多路复用切换式直流高压隔离采样装置，其特征在于：所述A/D转换模块（1）为微处理器内置ADC模块或为AD芯片。
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