CN219266438U - 一种4线制模拟电芯电路及电芯保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及模拟电压源管理的技术领域，更具体地，涉及一种4线制模拟电芯电路及电芯保护板。其包括数模转换模块、单片机模块、功率放大模块以及精密仪表放大模块；单片机包括单片机芯片，单片机芯片的信号输出端组与数模转换模块的信号输入端组数据连接；数模转换模块的模拟电压输出端与功率放大模块的信号输入端连接；精密仪表放大模块的信号输入端与功率放大模块的取样端连接，信号输出端与功率放大模块的反馈端数据连接。本实用新型的4线制电压源在测试点的电压不随输出电流变化而变化，且各通道间不会互相干扰，误差精度低于百分之0.015，系统能够对多节电源或电量管理产品进行控制测试。

Description

一种4线制模拟电芯电路及电芯保护板

技术领域

本实用新型涉及模拟电压源管理的技术领域，更具体地，涉及一种4线制模拟电芯电路及电芯保护板。

背景技术

随着多节电源或电量管理产品的逐渐涨大，各企业对电压源设置的精度要求高，一般情况下，电芯电压源的输出使用两线制输出，被测产品离测试仪器有2米～3米的连接线，由于连接线有较大的电阻，导致被测试产品实际的电压要比设置电压小2-5mV，且因连接线的长度，线材的电阻率等因素，无法确定电压的损耗，导致电路不能对多节电源或电量管理产品进行控制测试。

实用新型内容

本实用新型为克服上述背景技术中所述电路不能对多节电源或电量管理产品进行控制测试的问题，提供一种4线制模拟电芯电路及电芯保护板。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供了一种4线制模拟电芯电路，包括数模转换模块、用于将上位机信号转换成2进制信号的单片机模块、用于输出模拟电压源的功率放大模块以及用于给所述功率放大模块提供反馈信号的精密仪表放大模块；

所述单片机包括用于处理上位机信号的单片机芯片，所述单片机芯片的信号输出端组与所述数模转换模块的信号输入端组数据连接；所述数模转换模块的模拟电压输出端与所述功率放大模块的信号输入端连接；所述精密仪表放大模块的信号输入端与所述功率放大模块的取样端连接，信号输出端与所述功率放大模块的反馈端数据连接。

在一些优选的实施例中，所述单片机芯片的型号为AT91SAM4E16E。

在一些优选的实施例中，所述单片机芯片的信号输出端组包括使能端、信号传输端、时钟信号端。

在一些优选的实施例中，所述电路还包括用于减少通道信号干扰的隔离模块和用于选择各所述隔离模块通道的复用模块，所述复用模块包括复用芯片，所述复用芯片的信号输入端与所述单片机芯片的使能端数据连接；所述隔离模块包括隔离芯片，所述隔离芯片的第一信号输入端与所述复用芯片的信号输出端数据连接，第二信号输入端与所述单片机芯片的信号传输端数据连接，第三信号输入端与所述单片机芯片的时钟信号端数据连接，信号输出端组与所述数模转换模块数据连接。

在一些优选的实施例中，所述复用芯片的型号为TMUX1208；所述隔离芯片的型号为ISO7740。

在一些优选的实施例中，所述数模转换模块还包括数模转换器，所述数模转换器信号输入端组与所述隔离芯片的信号输出端组数据连接，模拟电压输出端与所述功率放大模块的信号输入端连接。

在一些优选的实施例中，所述功率放大模块包括功率放大器，所述功率放大器的信号输入端与所述数模转换模块的模拟电压输出端数据连接。

在一些优选的实施例中，所述精密仪表放大模块包括精密仪表放大器，所述精密仪表放大器的信号输入端与所述功率放大模块的取样端连接，信号输出端与所述功率放大模块的反馈端数据连接。

在一些优选的实施例中，所述单片机芯片的型号为AT91SAM4E16E；所述数模转换器的型号为DAC8411；所述功率放大器的型号为OPA551；所述精密仪表放大器的型号为INA828。

在一些优选的实施例中，所述电路还包括电压稳定模块，所述电压稳定模块包括稳定芯片，所述稳定芯片的输出端分别与所述隔离模块和数模转换模块的使能端连接。

第二方面，本实用新型提供了一种电芯保护板，所述保护板设置有第一方面所述的4线制模拟电芯电路。

其有益效果在于：

本实用新型单片机、复用模块、隔离模块、数模转换模块、功率放大模块和精密仪表放大模块来实现输出高精确度的电压源。通过单片机将上位机发送的设置电压信息转换成2进制数据，然后发送给到复用模块，以选择多通道工作。然后，多个工作通道中的隔离模块分别使本通道不受其他通道的干扰影响，并将数据信息分别传给各数模转换模块，数模转换模块输出的模拟电压信号经功率放大模块放大后输出电压，再通过精密仪表放大模块将功率放大模块输出电压从输出末端取样回馈给功率放大模块,从而产生多通道可控的4线制高精度电压源。本实用新型的4线制电压源在测试点的电压不随输出电流变化而变化，且各通道间不会互相干扰，误差精度低于百分之0.015，电路能够对多节电源或电量管理产品进行控制测试。

附图说明

图1是本实用新型提供的4线制模拟电芯电路的结构框图。

图2是本实用新型提供的4线制模拟电芯电路的第一电路结构图。

图3是本实用新型提供的4线制模拟电芯电路的第二电路结构图。

其中：单片机10、数模转换模块20、功率放大模块30、精密仪表放大模块40、复用模块50、隔离模块60、电压稳定模块70。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种4线制模拟电芯电路，包括数模转换模块20、单片机模块10、功率放大模块30以及精密仪表放大模块40。其中，功率放大模块30主要用于输出模拟电压源。

单片机模块10包括单片机芯片U1，单片机芯片U1的信号输出端组与数模转换模块20的信号输入端组数据连接。单片机模块10主要用于将上位机信号转换成2进制信号。单片机芯片U1主要用于处理上位机信号。

数模转换模块20的模拟电压输出端与功率放大模块30的信号输入端连接。数模转换模块20主要用于将单片机芯片U1传输的数字信号转换成模拟电压信号。

精密仪表放大模块40的信号输入端与功率放大模块30的取样端连接，信号输出端与功率放大模块30的反馈端数据连接。精密仪表放大模块40主要用于给功率放大模块30提供反馈信号。

在本实施例中，单片机芯片U1的型号为AT91SAM4E16E。

通过上述的结构连接，本实施例的工作原理为：单片机模块10接收由上位机发送的信号后，单片机芯片U1的信号输入端接收信号后，单片机芯片U1将上位机发送的电压设置信息转换成2进制数字信息，随后，单片机芯片U1将信号处理后通过信号输出端组传到数模转换模块20中。随后，数模转换模块20将接收到的数据信号转换成相应的模拟电压信号，然后通过功率放大模块30输出为模拟电压源，与此同时，精密仪表放大模块40设置将2条取样线从功率放大模块30的取样端口取样，经1:1的比例输入功率放大模块30的反馈端口，形成4线制模拟电芯。以此调试，功率放大模块30输出的电流可达到200mA，取样点的输出电压的精度可在0.015％。

实施例二：

在第一个实施例的基础上，本实施例的不同点在于：

如图2-3所示，本实施例还包括复用模块50和若干隔离模块60。

其中，单片机芯片U1的信号输出端组与复用模块50的信号输入端数据连接，还与各隔离模块60的信号输入端组数据连接。单片机芯片U1主要用于将上位机发送的电压数据转换成2进制数据，并通过信号输出端组进一步发送给复用模块50和隔离模块60作信号处理。

复用模块50的信号输出端还与各隔离模块60的第一信号输入端数据连接。复用模块50主要用于选择各隔离模块60通道，相当于在多通道中选择一条通道进行工作，或者选择多条通道同时工作。

隔离模块60的信号输出端组与数模转换模块20的信号输入端组数据连接。隔离模块60主要用于将数据信号传输给数模转换模块20，并减少各通道信号之间的干扰，可以提高电路的稳定性。

在本实施例中，单片机芯片U1的信号输出端组包括使能端U1_64、信号传输端U1_42、时钟信号端U1_51。其中，单片机芯片U1的使能端U1_64与复用模块50的信号输入端数据连接，信号传输端U1_42和时钟信号端U1_51分别与隔离模块60的信号输入端组数据连接。单片机芯片U1主要通过使能端U1_64、信号传输端U1_42、时钟信号端U1_51来将数据信息分别传输给复用模块50和隔离模块60。

在本实施例中，数模转换模块20设置有数模转换器AU104，数模转换器AU104的型号为DAC8411。功率放大模块30设置有功率放大器，功率放大器的型号为OPA551。精密仪表放大模块40设置有精密仪表放大器，精密仪表放大器的型号为INA828。

在本实施例中，复用模块50设置有若干复用芯片U109，复用芯片U109的信号输入端与单片机芯片U1的使能端U1_64数据连接，信号输出端与隔离模块60的信号输入端连接。

在本实施例中，复用芯片U109的型号为TMUX1208。

在本实施中，隔离模块60包括隔离芯片EU101。隔离芯片EU101的信号输入端组包括第一信号输入端EU101_3、第二信号输入端EU101_4和第三信号输入端EU101_5。隔离芯片EU101的第一信号输入端EU101_3与复用模块50的信号输出端数据连接，第二信号输入端EU101_4与单片机芯片U1的时钟信号端U1_51数据连接，第三信号输入端EU101_5与单片机芯片U1的信号传输端U1_42数据连接，信号输出端组与数模转换器AU104数据的信号输入端组数据连接。

在本实施例中，隔离芯片EU101的信号输出端组包括第一信号输出端EU101_14、第二信号输出端EU101_13和第三信号输出端EU101_12，数模转换器AU104的信号输入端组包括第一信号输入端EU102_1、第二信号输入端EU102_2和第三信号输入端EU102_3。其中，隔离芯片EU101的第一信号输出端EU101_14与数模转换器AU104的第一信号输入端EU102_1数据连接，第二信号输出端EU101_13与数模转换器AU104的第二信号输入端EU102_2数据连接，第三信号输出端EU101_12与数模转换器AU104的第三信号输入端EU102_3数据连接。

在本实施例中，隔离芯片EU101的型号为ISO7740。数模转换器AU104的型号为DAC8411。

通过上述的结构连接，本实施例的工作原理为：单片机模块10接收由上位机发送的信号后，单片机芯片U1的信号输入端U1_75接收信号后，单片机芯片U1将上位机发送的电压设置信息转换成2进制数字信息。随后，单片机芯片U1通过使能端U1_64给复用模块50传递数据信息，时钟信号端U1_51给隔离芯片EU101的第二信号输入端EU101_4传递数据信息，信号传输端U1_42给隔离芯片EU101的第三信号输入端EU101_5传递数据信息。

进一步地，复用模块50选用一个或多个通道，通过信号输出端将数据信息传递给隔离芯片EU101的第一信号输入端EU101_3，隔离芯片EU101再通过第一信号输出端EU101_14、第二信号输出端EU101_13和第三信号输出端EU101_12将数据信息分别传递给数模转换器AU104的第一信号输入端EU102_1、第二信号输入端EU102_2和第三信号输入端EU102_3，实现信号处理至数模转换器AU104中，以达到减少通道信号干扰的作用。

随后，数模转换器AU104将接收到的数据信号转换成相应的模拟电压信号，然后通过功率放大器输出为模拟电压源，与此同时，精密仪表放大器设置将2条取样线从功率放大器的取样端口取样，经1:1的比例输入功率放大器的反馈端口，形成4线制模拟电芯。

实施例三：

在上一实施例的基础上，本实施例的不同点在于：

本实施例还包括电压稳定模块70，电压稳定模块70包括稳定芯片AU103，稳定芯片AU103的输出端分别与隔离器和数模转换器AU104的使能端连接。

在一些优选的实施例中，稳定芯片AU103的型号为REF198。

在本实施例中，还设置有多个分压电阻和滤波电容。

通过上述的结构连接，本实施例的工作原理为：单片机模块10接收由上位机发送的信号后，单片机芯片U1的信号输入端U1_75接收信号后，单片机芯片U1将上位机发送的电压设置信息转换成2进制数字信息。随后，单片机芯片U1通过使能端U1_64给复用模块50传递数据信息，时钟信号端U1_51给隔离芯片EU101的第二信号输入端EU101_4传递数据信息，信号传输端U1_42给隔离芯片EU101的第三信号输入端EU101_5传递数据信息。

进一步地，复用模块50选用一个或多个通道，通过信号输出端将数据信息传递给隔离芯片EU101的第一信号输入端EU101_3，隔离芯片EU101再通过第一信号输出端EU101_14、第二信号输出端EU101_13和第三信号输出端EU101_12将数据信息分别传递给数模转换器AU104的第一信号输入端EU102_1、第二信号输入端EU102_2和第三信号输入端EU102_3，实现信号处理至数模转换器AU104中，以达到减少通道信号干扰的作用。

随后，数模转换器AU104将接收到的数据信号转换成相应的模拟电压信号，经过电压稳定模块70的稳压作用，数模转换器AU104的模拟电压信号更加稳定。然后，数模转换器AU104的模拟电压信号通过功率放大器输出为模拟电压源，与此同时，精密仪表放大器设置将2条取样线从功率放大器的取样端口取样，经1:1的比例输入功率放大器的反馈端口，形成4线制模拟电芯。

实施例四：

本实施例提供了一种电芯保护板，保护板设置有如实施例一或实施例二所述的4线制模拟电芯电路。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种4线制模拟电芯电路，其特征在于，包括数模转换模块、用于将上位机信号转换成2进制信号的单片机模块、用于输出模拟电压源的功率放大模块以及用于给所述功率放大模块提供反馈信号的精密仪表放大模块；

所述单片机包括用于处理上位机信号的单片机芯片，所述单片机芯片的信号输出端组与所述数模转换模块的信号输入端组数据连接；所述数模转换模块的模拟电压输出端与所述功率放大模块的信号输入端连接；所述精密仪表放大模块的信号输入端与所述功率放大模块的取样端连接，信号输出端与所述功率放大模块的反馈端数据连接。

2.根据权利要求1所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述单片机芯片的信号输出端组包括使能端、信号传输端、时钟信号端。

3.根据权利要求2所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述电路还包括用于减少通道信号干扰的隔离模块和用于选择各所述隔离模块通道的复用模块，所述复用模块包括复用芯片，所述复用芯片的信号输入端与所述单片机芯片的使能端数据连接；所述隔离模块包括隔离芯片，所述隔离芯片的第一信号输入端与所述复用芯片的信号输出端数据连接，第二信号输入端与所述单片机芯片的信号传输端数据连接，第三信号输入端与所述单片机芯片的时钟信号端数据连接，信号输出端组与所述数模转换模块数据连接。

4.根据权利要求3所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述复用芯片的型号为TMUX1208；所述隔离芯片的型号为ISO7740。

5.根据权利要求3所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述数模转换模块还包括数模转换器，所述数模转换器信号输入端组与所述隔离芯片的信号输出端组数据连接，模拟电压输出端与所述功率放大模块的信号输入端连接。

6.根据权利要求5所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述功率放大模块包括功率放大器，所述功率放大器的信号输入端与所述数模转换模块的模拟电压输出端数据连接。

7.根据权利要求6所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述精密仪表放大模块包括精密仪表放大器，所述精密仪表放大器的信号输入端与所述功率放大模块的取样端连接，信号输出端与所述功率放大模块的反馈端数据连接。

8.根据权利要求7所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述单片机芯片的型号为AT91SAM4E16E；所述数模转换器的型号为DAC8411；所述功率放大器的型号为OPA551；所述精密仪表放大器的型号为INA828。

9.根据权利要求3所述的4线制模拟电芯电路，其特征在于，所述电路还包括电压稳定模块，所述电压稳定模块包括稳定芯片，所述稳定芯片的输出端分别与所述隔离模块和数模转换模块的使能端连接。

10.一种电芯保护板，其特征在于，所述保护板设置有如权利要求1～9任一项所述的4线制模拟电芯电路。

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