CN216847924U - 电压采集电路、高压系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压采集电路、高压系统及车辆，该电压采集电路包括电压采样电路、嵌位电路和隔离电路，电压采样电路的第一端和嵌位电路的第一端分别与电源输入端正极连接，电压采样电路的第二端和嵌位电路的第二端分别与电源输入端负极连接；隔离电路设置在电压采样电路的输出端与嵌位电路之间；隔离电路，用于在电源电压达到预设低电压时，将嵌位电路与电压采样电路的输出端连通，使嵌位电路将电压采样电路输出端的电压嵌位在预设输出电压；在电源电压低于预设低电压时，将嵌位电路与电压采样电路进行隔离，使电压采样电路根据电源电压输出采样电压信号。本实用新型采样得到的电压信号精度更高。

Description

电压采集电路、高压系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及电路电子领域，尤其涉及一种电压采集电路、高压系统及车辆。

背景技术

随着科技的进步和电池技术的发展，电动汽车越来越受到消费者的青睐。

车载充电机是一种固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动力电池，安全、自动充满电的能力。当充电机正常工作时，母线电压达到400V-800V高压，当需要拔掉充电枪时，操作人员可能会接触到内部金属部分而发生触电的危险。因此，为了保证操作人员的安全，必须精确地检测到车载充电机电源电压降到安全电压(例如60V)的时候，才能允许整车控制器释放充电枪，以避免操作人员接触高压而发生危险。

目前，电动汽车内的放电检测系统对车载充电机电源进行检测时，检测电路往往采用在采样电阻的两端并联稳压二极管的结构，由于稳压二极管的漏电流较大，使得采样到的电压信号存在较大偏差，由此获得的电压值有可能就并不是安全电压(例如60V)，有可能偏高，当偏高情况下，直接控制充电枪进行释放时就会存在一定的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电压采集电路、高压系统及车辆，旨在解决现有检测电路检测电压值不准确的问题，提高电压检测精确度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电压采集电路，所述电压采集电路包括：

电压采样电路，所述电压采样电路的第一端与电源输入端正极连接，所述电压采样电路的第二端与电源输入端负极连接；

嵌位电路，所述嵌位电路的第一端与所述电源输入端正极连接，所述嵌位电路的第二端与所述电源输入端负极连接；

隔离电路，所述隔离电路的第一端与所述电压采样电路的输出端连接，所述隔离电路的第二端与所述嵌位电路的输出端连接；

所述隔离电路，用于在电源电压达到预设低电压时，将所述嵌位电路与所述电压采样电路的输出端连通，以使所述嵌位电路将所述电压采样电路输出端的电压嵌位在预设输出电压；在电源电压低于预设低电压时，将所述嵌位电路与所述电压采样电路进行隔离，以使所述电压采样电路根据电源电压输出采样电压信号。

可选地，所述隔离电路包括晶体管；所述晶体管的发射极为所述隔离电路的第一端，所述晶体管的基极为所述隔离电路的第二端，所述晶体管的集电极接地。

可选地，所述晶体管为PNP型晶体管。

可选地，所述嵌位电路包括限流电阻和稳压二极管；所述限流电阻的第一端为所述嵌位电路的第一端，所述限流电阻的第二端与所述稳压二极管的阴极连接，所述稳压二极管的阳极为所述嵌位电路的第二端，所述限流电阻的第二端与所述稳压二极管的阴极连接的公共端为所述嵌位电路的输出端。

可选地，所述电压采样电路包括分压电阻和采样电阻；所述分压电阻的第一端为所述电压采样电路的第一端，所述分压电阻的第二端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端为所述电压采样电路的第二端，所述分压电阻和采样电阻连接的公共端为所述电压采样电路的输出端。

可选地，所述分压电阻的阻值大于所述采样电阻的阻值。

可选地，所述分压电阻包括至少一个电阻。

可选地，所述电压采集电路还包括滤波电路；所述滤波电路与所述电压采样电路的输出端连接，用于对采样电压信号进行滤波。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种高压系统，所述高压系统包括电压采集电路；所述电压采集电路用于对所述高压系统的低压信号进行采集；所述电压采集电路被配置为如上所述的电压采集电路。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种车辆，所述车辆包括车载充电机电源、电压采集电路和控制器；所述电压检测电路被配置为如上所述的电压检测电路；所述车载充电机电源的正极为所述电源输入端正极，所述车载充电机电源的负极为所述电源输入端负极；所述电压采样电路的输出端与所述控制器连接；

所述电压采集电路，用于对所述车载充电机电源的低电压值进行采集并输出对应的采样电压信号；

所述控制器，用于根据所述采样电压信号，获取所述车载充电机电源的电压值。

本实用新型通过将隔离电路设置在电压采样电路的输出端嵌位电路之间，在电源电压达到预设低电压时，将嵌位电路与电压采样电路导通，使嵌位电路将电压采样电路输出端的电压嵌位在预设输出电压；在电源电压低于预设低电压时，将嵌位电路与电压采样电路进行隔离，使电压采样电路根据电源电压输出采样电压信号。从而使得电压采样电路与嵌位电路分别为独立的电路结构，减少了在电压采样电路对电源电压进行采样时嵌位电路的干扰，进而采样得到的电压信号精度更高，由此计算得到的电源电压值更加精确。进一步的，可以保证整车控制器控制充电枪释放时的电压达到了安全电压，保障了操作人员的人身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电压采集电路一实施例的功能模块示意图；

图2为图1实施例的电路结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在一些针对高压系统的应用场景中，会分别设置有高电压采集系统和低电压采集系统，以分别对高压段电压和低压段电压进行采集。高压采集系统和低压采集系统之间可以通过高压开关管做开关，当电压为高压段时，高电压采集系统对高电压进行采样；当电压为低压段时，用低压采集系统对低压信号进行采样。

在低电压采集电路设计时，常采用电阻分压电路，但是如果系统中高、低电压的分段值设置的过高，采用这种结构的低压采样电路输出的采样电压也会较高，容易出现后端的微控制器端口存在过压损坏的问题。

还有一种方式，是在采样电阻两端并联稳压管做电压嵌位，当输出的采样电压超过后端微控制器的供电电压时，稳压管击穿将电压嵌位。但是这种结构的采样电路，当输出电压低于后端的微控制器的电压时，稳压管处于截止状态，理论上采样输出的电压信号和电压源的电压值成近似的线性关系，但是由于稳压管的漏电流较大，因此就会对采样电阻输出的电压信号产生影响，导致采样输出的电压与分压电阻的分压比关系成曲线状，采样精度差，并且也给计算软件的编程带来很大的困难。

针对上述技术问题，本实用新型提供一种电压采集电路，参照图1，在一实施例中，该电压采集电路包括：

电压采样电路10，所述电压采样电路10的第一端与电源输入端正极V+连接，所述电压采样电路10的第二端与电源输入端负极V-连接；

嵌位电路20，所述嵌位电路20的第一端与所述电源输入端正极V+连接，所述嵌位电路20的第二端与所述电源输入端负极V-连接；

隔离电路30，所述隔离电路30的第一端与所述电压采样电路10的输出端连接，所述隔离电路30的第二端与所述嵌位电路20的输出端连接；

所述隔离电路30，用于在电源电压达到预设低电压时，将所述嵌位电路20与所述电压采样电路10导通，以使所述嵌位电路20将所述电压采样电路输出端的电压Uo嵌位在预设输出电压；在电源电压低于预设低电压时，将所述嵌位电路20与所述电压采样电路10进行隔离，以使所述电压采样电路10根据电源电压输出采样电压信号。

所述电源可以是低压源或高压源，如车载充电机电源、800V的电池或电容等直流电压源。上述电压采集电路可以设置在各种需要对低电压采集精度较高的产品中，例如设置在电动汽车内，对车载充电机电源进行采样。可以理解的，对高压源进行采样时主要是对高压源的低电压段进行采样。

电压采样电路10的输出端与具体信息处理、程序运行能力的处理单元(如微控制器电路)连接，电压采集电路输出的采样电压信号输入至微控制器，微控制器根据采样电压信号进行计算以获得电源的电压值。进一步的，微控制器还可以依据电源的电压值发出控制指令，例如车载充电机电源电压还高于安全电压，则发出指令控制车上相应的连接端子锁死，不允许操作人员拔掉充电枪；当电源电压低于安全电压时再允许操作人员进行拔枪操作，从而保证操作人员的人身安全。

本实施例中，所述预设低电压可以根据实际需求进行设置，如60V安全电压，从而对60V以内的电压进行高精度采样；所述预设输出电压需要根据后端连接的处理单元的芯片供电电压进行设置，如5V、3.3V。假设预设低电压为60V、预设输出电压为5V，当电源输入端正极V+的电压高于60V时，嵌位电路20将电压采样电路10输出端的电压Uo嵌位在5V，从而保护后端的处理单元芯片不被过高的电压损坏。

本方案由于设置了隔离电路，在电源输入端正极V+的电压达到预设低电压时，将嵌位电路20与电压采样电路10的输出端连通，嵌位电路20将电压采样电路10输出端的电压嵌位在预设输出电压，从而对后端的处理单元芯片进行过压保护；在电源输入端正极V+的电压低于预设低电压时，将嵌位电路20与电压采样电路10进行隔离，使电压采样电路10根据电源电压输出采样电压信号。从而使得电压采样电路10与嵌位电路20分别为独立的电路结构，减少了在电压采样电路10对电源电压进行采样时嵌位电路20的干扰，进而得到更加精确的采样电压信号，由此计算得到的电源电压值更加准确。进一步的，可以保证整车控制器控制充电枪释放时的电压达到了安全电压，保障了操作人员的人身安全。

进一步地，参见图2，上述隔离电路30的结构可以根据实际需要进行设置，例如上述隔离电路30可以包括晶体管J1，所述晶体管J1的发射极为所述隔离电路30的第一端，所述晶体管J1的基极为所述隔离电路30的第二端，所述晶体管J1的集电极接地。

当电路工作在低电压范围时，晶体管J1处于截止状态，由于其高阻特性，可以有效地将嵌位电路20与电压采样电路10进行隔离。由于三极管J1的漏电流极其微小，因此电压采样电路10对电源电压进行采样时，受到嵌位电路20的影响可以忽略不计，从而采样输出的采样电压信号更准确。

需要说明的是，上述晶体管J1可以通过等效电路或独立电子元件进行替换，在此不进行赘述。进一步地，所述晶体管J1的类型也可以根据实际需要进行设置，所述晶体管J1可以为PNP型晶体管。

进一步地，所述嵌位电路20包括限流电阻R3和稳压二极管Z1，所述限流电阻R3的第一端为所述嵌位电路20的第一端，所述限流电阻R3的第二端与所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述稳压二极管Z1的阳极为所述嵌位电路20的第二端，所述限流电阻R3的第二端与所述稳压二极管Z1的阴极连接的公共端为所述嵌位电路20的输出端。稳压二极管Z1的稳压参数需要根据实际电路进行设置，具体的，需要根据后端连接的处理单元的芯片供电电压值来选取。限流电阻R3的设置可以限制流过稳压二极管Z1的电流，防止稳压二极管Z1的功率过高而损坏。限流电阻R3的阻值可以根据实际需要进行设置，限流电阻R3可以是单个电阻，也可以是由多个电阻串联而成。

进一步地，所述电压采样电路10包括分压电阻R1和采样电阻R2；所述分压电阻R1的第一端为所述电压采样电路10的第一端，所述分压电阻R1的第二端与所述采样电阻R2的第一端连接，所述采样电阻R2的第二端为所述电压采样电路20的第二端，所述分压电阻R1和采样电阻R2连接的公共端为所述电压采样电路10的输出端。

分压电阻R1和采样电阻R2组成低电压分压网络，分压电阻R1和采样电阻R2的连接点为所述电压采样电路10的输出端Uo，用于与后端的处理单元如微处理器MCU连接。

需要说明的是，为了提高低电压采样的分辨率，可以将采样电阻R2的阻值设置的相对较大，比如几十～几百K欧姆。优选的，分压电阻R1的阻值大于采样电阻R2的阻值。为了减小高压工作时的功耗，分压电阻R1和限流电阻R3阻值也会设置的较大。所述分压电阻R1包括至少一个电阻，分压电阻R1还可以是由多个电阻串联而成。

基于上述硬件结构，所述电压采集电路进行电压采样的过程可以为：

分压电阻R1和采样电阻R2组成低电压分压网络，对电源DC输入的电压进行分压，分压后的电压为输出的采样电压信号Uo。

当电路工作在低电压范围(电源DC输入的电压低于预设低电压)时，稳压二极管Z1无法击穿，晶体管J1处于截止状态，由于晶体管J1的高阻特性，分压网络输出的采样电压Uo,完全和分压电阻R1和采样电阻R2分压关系一致，即

其中，R1为分压电阻的阻值，R2为采样电阻R2的阻值，V_DC为电源电压值。因此，采样电压信号与电源电压为线性关系，可以根据采样电压信号准确地反推电源电压值。

当电路工作在高压范围(电源DC输入的电压达到预设低电压)时，稳压二极管Z1被击穿，晶体管J1呈导通状态，从而将采样电压信号嵌位在稳压二极管Z1的击穿电压，从而保证与此连接的处理单元的芯片端口不会因电压过高而损坏。

综上所述，基于上述硬件结构，可以通过晶体管J1的高阻特性，在电路对低电压信号采集时，将稳压二极管Z1与采样的低电压分压网络进行隔离，相比将稳压管直接并联在采样电阻两端的电路结构，稳压二极管Z1的漏电流不会影响到采样电阻R2的电压，因此采集到的采样电压信号精度更高。再者，采样电压信号与电源电压为线性关系，在根据该采样电压信号反推电源电压时，计算量和程序编写上都更加简便，大大降低了设计人员的工作量，节约设计成本。

另外，电压采集电路还可以包括滤波电路(图未示)，所述滤波电路设置在所述电压采样电路的输出端，以对采样电压信号进行滤波，使得输入至处理单元的信号更纯净。滤波电路的结构无需进行限定，本领域技术人员可以参考本领域常用技术进行设置，只需要实现上述对应的功能即可。从而保证了输出的电源电压信号更准确。

本实用新型还提供一种高压系统，该高压系统包括电压采集电路，该电压采集电路用于对对所述高压系统的低压信号进行采集，该电压采集电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的高压系统采用了上述电压采集电路的技术方案，因此该高压系统具有上述电压采集电路所有的有益效果。

本实用新型还提供一种车辆，该车辆包括车载充电机电源、电压采集电路和控制器，所述电压采集电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。车载充电机电源的正极为电源输入端正极，负极为电源输入端负极；电压采样电路的输出端与控制器连接；电压采集电路用于对车载充电机电源的低电压值进行采集并输出对应的采样电压信号；控制器用于根据所述采样电压信号，获取车载充电机电源的电压值。理所应当地，由于本实施例的车辆采用了上述电压采集电路的技术方案，因此该车辆具有上述电压采集电路所有的有益效果。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电压采集电路，其特征在于，所述电压采集电路包括：

电压采样电路，所述电压采样电路的第一端与电源输入端正极连接，所述电压采样电路的第二端与电源输入端负极连接；

嵌位电路，所述嵌位电路的第一端与所述电源输入端正极连接，所述嵌位电路的第二端与所述电源输入端负极连接；

隔离电路，所述隔离电路的第一端与所述电压采样电路的输出端连接，所述隔离电路的第二端与所述嵌位电路的输出端连接；

所述隔离电路，用于在电源电压达到预设低电压时，将所述嵌位电路与所述电压采样电路的输出端连通，以使所述嵌位电路将所述电压采样电路输出端的电压嵌位在预设输出电压；在电源电压低于预设低电压时，将所述嵌位电路与所述电压采样电路进行隔离，以使所述电压采样电路根据电源电压输出采样电压信号。

2.如权利要求1所述的电压采集电路，其特征在于，所述隔离电路包括晶体管；所述晶体管的发射极为所述隔离电路的第一端，所述晶体管的基极为所述隔离电路的第二端，所述晶体管的集电极接地。

3.如权利要求2所述的电压采集电路，其特征在于，所述晶体管为PNP型晶体管。

4.如权利要求1所述的电压采集电路，其特征在于，所述嵌位电路包括限流电阻和稳压二极管；所述限流电阻的第一端为所述嵌位电路的第一端，所述限流电阻的第二端与所述稳压二极管的阴极连接，所述稳压二极管的阳极为所述嵌位电路的第二端，所述限流电阻的第二端与所述稳压二极管的阴极连接的公共端为所述嵌位电路的输出端。

5.如权利要求1所述的电压采集电路，其特征在于，所述电压采样电路包括分压电阻和采样电阻；所述分压电阻的第一端为所述电压采样电路的第一端，所述分压电阻的第二端与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端为所述电压采样电路的第二端，所述分压电阻和采样电阻连接的公共端为所述电压采样电路的输出端。

6.如权利要求5所述的电压采集电路，其特征在于，所述分压电阻的阻值大于所述采样电阻的阻值。

7.如权利要求5所述的电压采集电路，其特征在于，所述分压电阻包括至少一个电阻。

8.如权利要求1所述的电压采集电路，其特征在于，所述电压采集电路还包括滤波电路；所述滤波电路与所述电压采样电路的输出端连接，用于对采样电压信号进行滤波。

9.一种高压系统，其特征在于，所述高压系统包括电压采集电路；所述电压采集电路用于对所述高压系统的低压信号进行采集；所述电压采集电路被配置为如权利要求1-8中任一项所述的电压采集电路。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括车载充电机电源、电压采集电路和控制器；所述电压检测电路被配置为如权利要求1-8中任一项所述的电压检测电路；所述车载充电机电源的正极为所述电源输入端正极，所述车载充电机电源的负极为所述电源输入端负极；所述电压采样电路的输出端与所述控制器连接；

所述电压采集电路，用于对所述车载充电机电源的低电压值进行采集并输出对应的采样电压信号；

所述控制器，用于根据所述采样电压信号，获取所述车载充电机电源的电压值。

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