專利名稱：一種多通道電池電壓采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池組電壓采樣裝置，尤其涉及一種多通道電池組電壓采樣
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有情況下，為了對數(shù)量較多的電池組進(jìn)行電壓采樣，可以采用多通道ADC芯 片與多路復(fù)用器相結(jié)合的并行電路模式。但是，如果實(shí)際需求的采樣通道數(shù)量具有不確定 性或具有擴(kuò)展性，用上述方法設(shè)計(jì)電路板會(huì)帶來一定的不便。當(dāng)需要測量的電池組電壓數(shù) 量超出了原有的通道設(shè)計(jì)，則電路板需要修改或重新設(shè)計(jì)；反之，當(dāng)電路板預(yù)留的通道超過 了實(shí)際的需要，則引起布線、接口的不必要浪費(fèi)。另外，使用并行電路模式，采樣通道數(shù)量越 多，使用的連接和隔離器件也越多，處理器CPU控制越復(fù)雜，易導(dǎo)致裝置的可靠性降低。實(shí)用新型目的本實(shí)用新型目的在于提供一種便于控制、能靈活配置電壓采樣通道數(shù)量的電池電 壓采樣裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)一種多通道電池電壓采樣裝置， 包括供電部分、處理器CPU、兩個(gè)以上的采樣信號監(jiān)控模塊、電池電壓采樣通道和通信連接 電路，每個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊上采樣信號輸入端口連接一個(gè)以上的電池電壓采樣通道，每 個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊上的通信端口之間經(jīng)通信連接電路串行連接，串接在最后一個(gè)的采樣 信號監(jiān)控模塊上的信號通訊端口連接處理器CPU上的對應(yīng)端口，供電部分提供各監(jiān)控模塊 和處理器CPU的工作電源。每個(gè)電池電壓采樣通道連接電池正極采樣端口都通過肖特基二極管與供電部分 的輸出工作電壓連接。通信連接電路采用二極管和電阻串聯(lián)的隔離電路，連接于監(jiān)控模塊的通信端口之 間每對對應(yīng)通訊引腳上。按此方式，可以將若干個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊串行連接，組成多模塊 的電池電壓采樣裝置。所述通信連接電路上連接有用于過濾通信產(chǎn)生電壓噪聲的電路和抑制電壓監(jiān)控 模塊連接時(shí)產(chǎn)生電壓瞬變的電路。本實(shí)用新型還包括隔離器，隔離器連接于處理器CPU與采樣信號監(jiān)控模塊之間， 所述隔離器的工作電源由供電部分單獨(dú)輸出一路電壓。本實(shí)用新型相對現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于采用了采樣信號監(jiān)控模塊的串行連接方式，在不需要修改電路板的情況 下，實(shí)現(xiàn)靈活地配置電壓采樣通道數(shù)量，有效增強(qiáng)了采樣設(shè)備的擴(kuò)展性。2.由于采樣信號監(jiān)控模塊之間的通信通過電流信號實(shí)現(xiàn)，因此無需使用光耦隔離 器件即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的通信，從而使設(shè)備成本降低。3. LTC6802監(jiān)控芯片能夠?qū)﹄妷翰蓸油ǖ浪诘碾姵剡M(jìn)行放電控制，因此增加了 裝置的功能性和適應(yīng)性。


圖1是本實(shí)用新型的組成原理框圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型供電部分的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型采樣信號監(jiān)控模塊LTC6802-1監(jiān)控芯片的寫命令傳輸格式示意 圖；圖5是本實(shí)用新型采樣信號監(jiān)控模塊LTC6802-1監(jiān)控芯片的讀命令傳輸格式示意 圖；圖6是本實(shí)用新型采樣信號監(jiān)控模塊LTC6802-1監(jiān)控芯片的查詢命令傳輸格式示 意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，是本實(shí)用新型的組成原理框圖。一種多通道電池電壓采樣裝置，包括 供電部分、隔離器、處理器CPU、采樣信號監(jiān)控模塊、電池電壓采樣通道和通信連接電路，所 述電池電壓采樣通道連接待采樣電池組與采樣信號監(jiān)控模塊，多個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊通過 通信連接電路串行連接后通過隔離器接處理器CPU，供電部分提供各采樣信號監(jiān)控模塊、隔 離器和處理器CPU的工作電源。本實(shí)施例為采用了三個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊串聯(lián)構(gòu)成的電池組電壓采樣裝置，其 電路原理圖如圖2所示。包括監(jiān)控芯片U1-U3、隔離期G1、處理器CPU C3、電池組、二極管 D1-D12、D14-D22、D24-D26、發(fā)光二極管 LED1、LED2、電阻 R1-R24、電感 Li、L2、電容 Cl、C2、 C4-C7、場效應(yīng)管Ql、Q2。所述監(jiān)控芯片Ul、U2、U3采用LTC6802-1，其電壓測量誤差最大 0. 25%，能在13ms內(nèi)對12個(gè)通道的(T5V電池進(jìn)行電壓采樣。所述監(jiān)控芯片Ul、U2、U3的CSBI、SDO、SDI、SCK引腳為其一組通信接口，CSBI0、 SDIO、SCKO引腳為其另一組通信接口。監(jiān)控芯片Ul的一組通信接口(CSBIO、SDIO、SCK0) 與監(jiān)控芯片U2的通信接口(CSBI、SDI、SCK)連接。監(jiān)控芯片Ul的V+引腳與監(jiān)控芯片U2 的V-引腳連接。監(jiān)控芯片U2與U3也采用上述相同的連接方式。所述監(jiān)控芯片U2、U3的 Vmode引腳與V-引腳連接，使監(jiān)控芯片之間的通信通過電流信號實(shí)現(xiàn)，通信連接線路只需 要使用二極管和電阻進(jìn)行隔離。具體的通信連接電路為所述監(jiān)控芯片Ul的通信接口 CSBIO、SDIO、SCKO分別通 過所述電阻R16、R17、R18接所述二極管D14、D15、D16的陰極，所述二極管D14、D15、D16的 陽極連接所述監(jiān)控芯片U2的通信接口 CSBI、SDI、SCK ；以同樣的連接方式，所述監(jiān)控芯片 U2的通信接口 CSBIO、SDIO、SCKO分別通過所述電阻R24、R23、R22和所述二極管D26、D25、 D24連接所述監(jiān)控芯片U3的通信接口 CSBI、SDI、SCK。當(dāng)監(jiān)控芯片Ul向串行連接著的監(jiān)控芯片U2發(fā)送邏輯1信號時(shí)，監(jiān)控芯片Ul吸入 小一點(diǎn)的電流；發(fā)送邏輯0時(shí)，吸入大一點(diǎn)的電流。相似的，當(dāng)監(jiān)控芯片U2向監(jiān)控芯片Ul 發(fā)送邏輯1信號時(shí)，監(jiān)控芯片U2提供大一點(diǎn)的電流給Ul ；發(fā)送邏輯0時(shí)，提供小一點(diǎn)的電 流。所述監(jiān)控芯片Ul的Vmode引腳與Vreg引腳連接，其另外的一組通信接口 CSBI、SDO、SDI、SCK所使用的是電壓信號，通過所述電阻R15、R14、R13、R12和所述隔離器Gl與所述處 理器CPU C3的P1-P4 口通信，由于SDO內(nèi)部是漏極開路，因此接所述上拉電阻R11，所述電 容C5-C7起濾波作用。監(jiān)控芯片Ul的第1、2通道具體展示了電壓采樣通道部分的電路，其余通道的電 路與其相同。電池CELLl的負(fù)極與所述監(jiān)控芯片Ul的V-引腳連接，正極通過所述電阻R4 與所述監(jiān)控芯片Ul的Cl引腳連接，所述監(jiān)控芯片的V-、Cl引腳采樣CELLl的電壓。電池 CELL2的負(fù)極與電池CELLl的正極相連，正極通過所述電阻R8與所述監(jiān)控芯片Ul的C2引 腳連接，所述監(jiān)控芯片Ul的C1、C2引腳采樣CELL2的電壓。所述電阻R4、R8分別與所述電 容C1、C2組成RC過濾電路，抑制高頻噪聲。所述齊納二極管D1、D4與所述監(jiān)控芯片的采樣 引腳兩端連接，起到限壓保護(hù)作用。另外，由所述齊納二極管D2、場效應(yīng)管Q1、發(fā)光二極管 LED1、電阻R1-R3構(gòu)成了通道1的放電電路。由所述齊納二極管D5、場效應(yīng)管Q2、發(fā)光二極 管LED2、電阻R5-R7構(gòu)成了通道2的放電電路。通過所述監(jiān)控芯片Ul的S1、S2引腳的電平 可以控制所述1、2通道的場效應(yīng)管Q1、Q2的開閉，從而控制放電回路的開閉。其中，LED1、 LED2用于顯示放電狀態(tài)。所述齊納二極管D2、D5起到限壓作用，防止所述場效應(yīng)管Ql、Q2 被擊穿。所述肖特基二極管D20-D22的陽極與所述監(jiān)控芯片U2的一組通信接口分別連接， 陰極與所述電阻R19、電感L2和電容C7組成的RLC過濾電路連接，用于過濾通信中產(chǎn)生的 電壓噪聲。所述肖特基二極管D17、D18和齊納二極管D19的陽極與地GND2連接，陰極與所 述電阻R19、電感L2和電容C7組成的RLC過濾電路連接，用于抑制監(jiān)控芯片U2與U3連接 時(shí)的電壓瞬變。齊納二極管D19的作用在于限制電池組的總電壓，以免監(jiān)控芯片損壞。用 于連接其他監(jiān)控芯片的通信連接電路的相應(yīng)電路的組成及原理與上述相同。如圖3所示，為本實(shí)用新型供電部分的電路原理圖，包括整流橋BR1、三端穩(wěn)壓器 U4-U5、電容C8-C13以及二極管D27、肖特基二極管D3、D6。其中，所述三端穩(wěn)壓器U4通過 所述二極管D27連接監(jiān)控芯片的V+引腳；圖2中肖特基二極管D3、D6的陽極分別與CELLl 和CELL2的正極連接，陰極與監(jiān)控芯片的V+引腳。當(dāng)監(jiān)控芯片所連接的電池組電壓高于 IOV時(shí)，監(jiān)控芯片由電池組供電。低于IOV時(shí)，由所述三端穩(wěn)壓器U4通過所述二極管D27供 電，所述二極管D27起單向?qū)ǖ淖饔?。?dāng)電池組數(shù)量小于12個(gè)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)有多余的通道 沒有使用，在此情況下為了使電氣參數(shù)吻合，保證監(jiān)控芯片的電壓采樣正常，必須使V+引 腳與處于最高通道位置的電池電壓保持很小的電壓差，因此，如圖2所示，每個(gè)通道的接電 池的正極端口都通過肖特基二極管與V+連接。肖特基二極管的作用在于使通道之間有效 的相互隔離。所述三端穩(wěn)壓管U5的電壓輸出Vout用于供給隔離器Gl使用。如圖4、5、6所示，分別是LTC6802-1監(jiān)控芯片的寫/讀/查詢命令傳輸格式示意 圖。命令格式包括了命令位、數(shù)據(jù)位/查詢狀態(tài)。當(dāng)處理器CPU發(fā)送某命令的命令位時(shí)，所 有的監(jiān)控芯片同時(shí)接收。若發(fā)送的是讀寫命令，在發(fā)出命令位后，多個(gè)監(jiān)控芯片形成串聯(lián)的 移位寄存器，通過SDI和SDIO引腳把數(shù)據(jù)位從上層往下層或從上層往下層逐級傳輸。若發(fā) 送的是查詢(AD轉(zhuǎn)換中/中斷狀態(tài))命令，在處理器CPU發(fā)出命令位后，如果監(jiān)控芯片Ul 處于AD轉(zhuǎn)換中或者中斷狀態(tài)，輸出低電平；如果不是，則通過SDIO引腳，把監(jiān)控芯片Ul的 電平信號往U2的通信接口 SDI傳輸，假如監(jiān)控芯片已經(jīng)是串聯(lián)芯片中的最后一個(gè)，則直接 輸出高電平。以此類推，只有當(dāng)所有監(jiān)控芯片都不處于AD轉(zhuǎn)換中或者中斷狀態(tài)，監(jiān)控芯片Ul才會(huì)輸出高電平。本實(shí)施例的工作原理為1.初始化監(jiān)控芯片的配置寄存器一2.啟動(dòng)監(jiān)控芯片的 A/D轉(zhuǎn)換一3.處理器CPU做其他事情一4.查詢A/D轉(zhuǎn)換是否完成；若未完成，回到第三步； 若完成，去下一步一5.讀取每個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊的電壓采樣值。具體實(shí)施步驟如下1.把CSBI引腳電平拉低，往SCK引腳發(fā)出時(shí)鐘信號，往SDI引腳發(fā)送寫配 置寄存 器命令的命令位(0x01)；接著往SDI引腳依次發(fā)送監(jiān)控芯片U3、U2、U1的配置信息，對監(jiān)控 芯片進(jìn)行必要的初始化；把CSBI引腳電平拉高，配置信息在各芯片中鎖存。2.把CSBI引腳電平拉低，往SCK引腳發(fā)出時(shí)鐘信號，往SDI引腳發(fā)送啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn) 換命令的命令位(0x10)；把CSBI引腳電平拉高。此時(shí)，各監(jiān)控芯片同時(shí)啟動(dòng)電壓采樣測量。3.電壓采樣測量需要13ms，處理器CPU可利用這段時(shí)間完成其他任務(wù)。4.把CSBI引腳電平拉低，往SCK引腳發(fā)出時(shí)鐘信號，往SDI引腳發(fā)送查詢A/D轉(zhuǎn) 換狀態(tài)命令的命令位(0x40)；接著從SDO引腳接收電平信號，若為低電平，表示有采樣信號 監(jiān)控模塊處于A/D轉(zhuǎn)換中，回到第三步；若為高電平，表示所有采樣信號監(jiān)控模塊已經(jīng)完成 A/D轉(zhuǎn)換，采樣電壓數(shù)值儲存在電池電壓寄存器中。5.把CSBI引腳電平拉低，往SCK引腳發(fā)出時(shí)鐘信號，往SDI引腳發(fā)送讀電池電壓 寄存器命令的命令位(0x04)；接著從SDO引腳依次接收U1、U2、U3的各通道的電壓數(shù)據(jù)位； 把CSBI引腳電平拉高，讀取電壓采樣值結(jié)束。上述實(shí)施例采用的是3個(gè)監(jiān)控芯片的串聯(lián)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要串接數(shù) 個(gè)監(jiān)控芯片。
權(quán)利要求一種多通道電池電壓采樣裝置，其特征在于包括供電部分、處理器CPU、兩個(gè)以上的采樣信號監(jiān)控模塊、電池電壓采樣通道和通信連接電路，每個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊上采樣信號輸入端口連接一個(gè)以上的電池電壓采樣通道，每個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊上的通信端口之間經(jīng)通信連接電路串行連接，串接在最后一個(gè)的采樣信號監(jiān)控模塊上的信號輸出端口連接處理器CPU上的對應(yīng)端口，供電部分提供各監(jiān)控模塊和處理器CPU的工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道電池電壓采樣裝置，其特征在于每個(gè)電池電壓 采樣通道連接接電池正極采樣端口都通過肖特基二極管與供電部分的輸出工作電壓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道電池電壓采樣裝置，其特征在于所述通信連接 電路采用二極管和電阻串聯(lián)的隔離電路，連接于監(jiān)控模塊的通信端口之間每對對應(yīng)通訊引 腳上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多通道電池電壓采樣裝置，其特征在于所述通信連接 電路上連接有用于過濾通信產(chǎn)生電壓噪聲的電路和抑制電壓監(jiān)控模塊連接時(shí)產(chǎn)生電壓瞬 變的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的一種多通道電池電壓采樣裝置，其特征在于 還包括隔離器，隔離器連接于處理器CPU與監(jiān)控模塊之間；所述隔離器的工作電源由供電 部分單獨(dú)輸出一路電壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多通道電池電壓采樣裝置，包括供電部分、處理器CPU、兩個(gè)以上的采樣信號監(jiān)控模塊、電池電壓采樣通道和通信連接電路，每個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊上采樣信號輸入端口連接一個(gè)以上的電池電壓采樣通道，每個(gè)采樣信號監(jiān)控模塊上的通信端口之間經(jīng)通信連接電路串行連接，串接在最后一個(gè)的采樣信號監(jiān)控模塊上的信號通訊端口連接處理器CPU上的對應(yīng)端口，供電部分提供各監(jiān)控模塊和處理器CPU的工作電源。本實(shí)用新型采用了模塊的串行連接方式，在無需修改電路板的情況下，可以靈活配置電壓采樣通道數(shù)量，有效增強(qiáng)了采樣設(shè)備的擴(kuò)展性；同時(shí)模塊之間的通信通過電流信號實(shí)現(xiàn)，無需使用額外的隔離器件，降低了設(shè)備成本。
文檔編號G01R19/25GK201611386SQ200920295868
公開日2010年10月20日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者任海, 曾志永, 王文婧, 黃維佳 申請人:廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司