CN2718594Y - 一种用于逆变器电池电压测量的转换装置 - Google Patents

Abstract

一种用于逆变器电池电压测量的转换装置，属控制技术领域，用于解决将逆变器串联电池中各节电池电压信号的转换问题。其技术方案是：它由取样电路和线性隔离电压跟随器组成，取样电路由电阻R1、R2串联组成，串接点为输出端；线性隔离电压跟随器由运放器N1、线性光耦器N2、电阻R3、R5、电容C1组成，信号由运放器N1处理后送光耦器N2隔离，光耦器隔离后的信号为输出至微处理器测量电路、并与MCU电源共地的电压信号。本装置具有线路简单可靠的优点，转换精度可达1％。

Description

一种用于逆变器电池电压测量的转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种电池电压测量的转换装置，属控制技术领域。

背景技术

逆变器是一种电源转换装置，可以将直流电转换成220V、50Hz的交流电或其它频率的交流电，以满足移动用户或无电地区对交流电的需要。逆变器可以使用直流蓄电池供电，也可以与发电机配套使用，在风能、太阳能领域逆变器更是不可缺少的设备。

目前大功率逆变器的使用越来越广泛，所用直流电池组的容量在增大，内含单节电池的数量也在增加，电池电压已升至200V以上，任何一节电池的性能都可能影响逆变器的正常工作，因此应该随时快速监测电池组中每节电池的电压。由于每组电池都是串联的，虽然一般每节电池的电压只有12V，但是在测量每节电池电压时，共模电压是变化的，最高值甚至可能超过200V，所以要想把这些电池电压直接用带A/D转换器的微处理器(MCU)进行测量和处理是困难的，必须去掉这些共模电压。在大功率逆变器中具有多组电池，电池总数可达几十节，为了能用一个微处理器进行测量和处理这几十个电压，必须使这些电压与微处理器的电源VCC共地。这些共地的电压经过多路模拟开关分时传送给微处理器的A/D转换器输入端，微处理器就可以随时监测到每节电池的工作状态，给出各种操作和控制指令，完成对逆变器的控制。此外，按照相关的技术标准要求，为了提高电池的使用寿命，电池放电电压下降到电池额定电压数值的90％时就应终止放电，使电池与负载(逆变器)断开。每节电池的泄放电流应小于10^-5A，其中A是电池容量，如一个10Ah的电池放电终止后的电池泄放电流数值应小于100μA。由于电池测量电路直接跨接在电池两端，为符合上述要求，电池测量电路消耗的电流要小于规定的数值10^-5A，或者在放电终止后关断测量电路，使电池的泄放电流为0。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种将串联的电池电压转换成共地电压信号的用于逆变器电池电压测量的转换装置。

解决上述问题的技术方案是：

一种用于逆变器电池电压测量的转换装置，它由取样电路和线性隔离电压跟随器组成；

取样电路由电阻R1、R2组成，电阻R1、R2串接后两端分别接被测电池的正负极，串联节点为输出端、接线性隔离电压跟随器；线性隔离电压跟随器由运放器N1、线性光耦器N2、电阻R3、R5、电容C1组成，运放器N1的正相端接取样电路的输出端，前者输出端经电阻R3接光耦器N2的发光管正极，光耦器N2由光耦器N2A和光耦器N2B组成，两个光耦器的发光管串接在一起，光耦器N2A光敏管的集电极接微处理器测量电路中的电源VCC，发射极为输出端，连接微处理器测量电路中A/D转换器的信号输入端，电阻R5是发射极输出负载电阻，它的另一端接微处理器测量电路中的GND，光耦器N2B光敏管的集电极接电源正极、发射极经电阻R4接电源负极，电容C1接在运放器N1的负相端与输出端之间。

上述用于逆变器电池电压测量的转换装置，它还设有一个可控开关，可控开关采用继电器或电子模拟开关，可控开关接在被测电池的正极端与取样电路之间。

上述用于逆变器电池电压测量的转换装置，所述可控开关为电子模拟开关，它由三极管V1、光耦器N3、电阻R6、R7、R8组成，其中，三极管V1的发射极接被测电池的正极，集电极接取样电路的取样端，基极接光耦器N3光敏管的集电极，光敏管的发射极接被测电池的负极，光耦器N3发光管的正极接电池放电信号控制端，负极接微处理器测量电路中的GND，电阻R6为三极管V1的基极偏置电阻，电阻R7为光敏管集电极负载电阻，电阻R8为发光管限流电阻。

按照本实用新型提供的逆变器电池电压测量转换装置可以将串联电池中各节电池的电压转换成与电池隔离的共地电压，以便于微处理器测量电路进行测量和处理，转换精度可达1％，且具有线路简单可靠的优点。电路中所加的可控开关可使电池放电终止后的电池泄放电流为0，有利于电池的保护。

附图说明

图1是本实用新型的电原理框图；

图2是电原理图。

具体实施方式

本实用新型的关键之处是要把电池组中非共模电压线性地转换成与MCU供电电源共地的电压，这就需要设计一种线性隔离的电压转换电路。从图中可以看到，电路的主要部分由取样电路2和线性隔离电压跟随器3组成。取样电路2由电阻R1、R2组成，它的输出接线性隔离电压跟随器3。选择电阻R1、R2的阻值时，应使输出电压即电压R2上的压降在微处理器的A/D转换器的允许范围之内，同时考虑到放电终止时的电流要求，它们的阻值应足够大。

线性隔离电压跟随器3由运放器N1、线性光耦器N2、电阻R3、R4、R5、电容C1、C2组成。它的作用是输出一个隔离电压，并与微处理器的电源共地。运放器N1采用低功耗运放器，本实施例采用的型号为TLV27L1、LM324等。光耦器N2可采用集成线性光耦器，如LOC210等型号，但成本较高，本实施例采用集成在一块硅片上的两个普通光耦器，型号为TLP521-2，在图中编号为N2A、N2B。采用两个光耦器可以解决两个不共地电路的平衡问题。连接时运放器N1的输出端接光耦器N2A发光管的正极，光耦器N2A光敏管的发射极为输出端，其信号用于输出至微处理器的A/D转换器，以便进行处理。光耦器N2B发光管与N2A发光管相串接，光耦器N2B光敏管的集电极接电源正极，发射极经负载电阻R4接地，同时，并接于运放器N1的负相端。电阻R5是光耦器N2A光敏管发射极输出负载电阻，它的另一端接GND。电容C1用来消除运放器N1的振荡电压。电容C2用以滤除外部干扰。

图中VCC为MCU测量电路中的电源正极符号、GND为接地符号。

为了消除放电后的电流消耗，本实用新型还设计了一个可控开关4，可控开关4接在被测电池1的正极端与取样电路2之间，可以由继电器或电子模拟开关组成。本实施例采用电子模拟开关，由三极管V1、光耦器N3、电阻R6、R7、R8组成，三极管V1也可以采用P沟道场效应管。V1的发射极接被测电池1的正极，集电极接取样电路2的取样端，基极接光耦器N3光敏管的集电极，光敏管的发射极接被测电池1的负极，发光管的正极接电池放电信号控制端，负极接地。当放电终止信号到来时，光耦器N3的光敏管截止，V1也截止，取样电路2和线性隔离跟随器3与电池断开而不消耗电流，使电池放电终止时的泄放电流为0，有利于电池的保护。

当增设可控开关4后就不再要求转换电路是低功耗的。因此取样电路2的电阻R1和R2的阻值不用取得过高。线性隔离电压跟随器3中运放N1也可采用普通的低成本运放，如LM324等。而通过光耦器N2中电流的取值也可以增大以改善光耦的线性度。

Claims (3)

1.一种用于逆变器电池电压测量的转换装置，其特征在于：它由取样电路[2]和线性隔离电压跟随器[3]组成；

取样电路[2]由电阻R1、R2组成，电阻R1、R2串联连接，串联后两端分别接被测电池[1]的正负极，串联节点为输出端、接线性隔离电压跟随器[3]；线性隔离电压跟随器[3]由运放器N1、线性光耦器N2、电阻R3、R5、电容C1组成，运放器N1的正相端接取样电路[2]的输出端，前者输出端经电阻R3接光耦器N2的发光管正极，光耦器N2由光耦器N2A和光耦器N2B组成，两个光耦器的发光管串接在一起，光耦器N2A光敏管的集电极接微处理器测量电路中的电源VCC，发射极为输出端，连接微处理器测量电路中A/D转换器的信号输入端，电阻R5是发射极输出负载电阻，它的另一端接微处理器测量电路中的GND，光耦器N2B光敏管的集电极接电源正极、发射极经电阻R4接电源负极，电容C1接在运放器N1的负相端与输出端之间。

2.根据权利要求1所述的用于逆变器电池电压测量的转换装置，其特征在于：它还设有一个可控开关[4]，可控开关[4]采用继电器或电子模拟开关，所述可控开关[4]接在被测电池[1]的正极端与取样电路[2]之间。

3.根据权利要求2所述的用于逆变器电池电压测量的转换装置，其特征在于：所述可控开关[4]为电子模拟开关，它由三极管V1、光耦器N3、电阻R6、R7、R8组成，其中，三极管V1的发射极接被测电池[1]的正极，集电极接取样电路[2]的取样端，基极接光耦器N3光敏管的集电极；光敏管的发射极接被测电池[1]的负极，光耦器N3的发光管正极接电池放电信号控制端，负极接微处理器测量电路中的GND，电阻R6为三极管V1的基极偏置电阻，电阻R7为光敏管集电极负载电阻，电阻R8为发光管限流电阻。