專利名稱：一種高精度電壓測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于精確測(cè)量各種蓄電池、充電電池電壓的電路，屬測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
精確測(cè)量各種蓄電池、充電電池的電壓，對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算電池剩余容量(S0C),提高電池組的管理(充電、放電、均衡)水平，進(jìn)而延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池使用效率具有重要意義。例如對(duì)于電腦電池、電動(dòng)汽車電池來(lái)說，當(dāng)電池的剩余容量在40%-80%范圍內(nèi)時(shí)，SP使電壓變化O. lmv，其SOC值(電池剩余電量與電池全滿電量的百分比)也會(huì)發(fā)生較大的變化，因此只有電壓測(cè)量精度足夠高，SOC計(jì)算足夠準(zhǔn)確，才能及時(shí)調(diào)整、均衡電池組內(nèi)各単體 的 SOC。目前，電池電壓一般采用A/D(數(shù)摸)轉(zhuǎn)換的方法進(jìn)行測(cè)量，由于電壓的采樣、保持過程中電路存在自放電現(xiàn)象，這種測(cè)量方法很難準(zhǔn)確捕捉到被測(cè)電壓的真實(shí)值。還有ー種方法是通過測(cè)量脈沖寬度來(lái)測(cè)量被測(cè)電池的電壓，該方法同樣難以準(zhǔn)確測(cè)量電池的電壓。以上兩種傳統(tǒng)電壓測(cè)量方法的測(cè)量精度只能達(dá)到l-2mv，不能滿足精確測(cè)量需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供ー種高精度電壓測(cè)量電路，以提高電池組的管理水平，延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池使用效率。本發(fā)明所述問題是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
ー種高精度電壓測(cè)量電路，構(gòu)成中包括振蕩電路、脈沖計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路和解碼顯示電路，所述振蕩電路包括555時(shí)基電路、兩個(gè)電容和三個(gè)電阻，第一電容的一端接地，另一端接555時(shí)基電路的2、6腳并依次經(jīng)第一電阻、第二電阻和測(cè)試開關(guān)接被測(cè)電壓，第一電阻與第二電阻的串接點(diǎn)接555時(shí)基電路的7腳，555時(shí)基電路的5腳經(jīng)第二電容接地，3腳經(jīng)第三電阻接脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，所述脈沖計(jì)數(shù)器的使能端接定時(shí)器的輸出端，其輸出信號(hào)經(jīng)脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路接解碼顯示電路。上述高精度電壓測(cè)量電路，在振蕩電路與脈沖計(jì)數(shù)器之間設(shè)置有光電隔離器，所述光電隔離器的發(fā)光二極管經(jīng)第三電阻接555時(shí)基電路的3腳所輸出的脈沖電壓信號(hào)，其光電管的發(fā)射極接脈沖計(jì)數(shù)器的電源負(fù)極，集電極接脈沖計(jì)數(shù)器的輸入端并設(shè)置有上拉電阻。本發(fā)明利用壓控震蕩原理，將振蕩電路的基本工作頻率設(shè)置在100KHZ以上、利用被測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)微小變化引起震蕩頻率變化的原理，通過建立被測(cè)電壓與振蕩電路所輸出脈沖信號(hào)的頻率之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電壓的測(cè)量，該電路不對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并且免去了采樣保持過程，因而可以精確測(cè)得被測(cè)電壓的瞬態(tài)值。本發(fā)明可對(duì)電池電壓進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為提高電池組的管理水平，延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池使用效率創(chuàng)造了條件。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。圖I是本發(fā)明的電原理框 圖2是電原理 圖3是定時(shí)器波形 圖4是計(jì)數(shù)器波形圖。圖中各標(biāo)號(hào)為IC1、555時(shí)基電路；IC2、光電隔離器；IC3、脈沖計(jì)數(shù)器；IC4、定時(shí)器；R1 R4、電阻；C1、C2、電容；K、測(cè)試開關(guān)；Ε0、被測(cè)電壓。
具體實(shí)施例方式參看圖I、圖2，本發(fā)明由振蕩電路、光電隔離器IC2、定時(shí)器IC4、脈沖計(jì)數(shù)器IC3、脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路、解碼顯示電路等組成。集成電路中的IC2、IC3、IC4可以選用HCS12微控制器系列的單片機(jī)、也可以是其他型號(hào)單片機(jī)。功能敘述與說明振蕩電路的作用是利用被測(cè)有源部件的電動(dòng)勢(shì)和振蕩電路部件產(chǎn)生與被測(cè)電壓有關(guān)的方波脈沖，這個(gè)方波脈沖信號(hào)經(jīng)過光電隔離器IC2的調(diào)整后，由脈沖計(jì)數(shù)器IC3在定時(shí)器IC4設(shè)定的時(shí)間TO內(nèi)讀取并記錄由光電隔離器IC2傳送過來(lái)的脈沖個(gè)數(shù)，脈沖個(gè)數(shù)經(jīng)過脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路送至解碼顯示電路。電路構(gòu)成振蕩電路是由555時(shí)基電路ICl構(gòu)成的典型諧振電路，被測(cè)電池的正極經(jīng)過開關(guān)K與電阻R2相連，R2的下端與ICl的7腳、充放電電阻Rl相連，Rl的下端與ICl的2、6腳、諧振電容Cl相連。被測(cè)電池負(fù)極與Cl的另一端、ICl供電電源負(fù)極引腳I、C2的一端、光電隔離器IC2的發(fā)光二極管負(fù)極相連，電容C2的另一端與ICl的5腳相連。ICl的4、8腳與ICl的供電電源VCC相連，ICl的3腳是信號(hào)輸出腳，該腳與輸出限流電阻R3相連，R3的另一端與隔離電路IC2的發(fā)光二極管的正極相連。光電隔離器IC2的光電管的發(fā)射極與計(jì)數(shù)器IC3、定時(shí)器IC4、工作電源VSS相連，光電隔離器IC2的集電極(也是信號(hào)輸出端)，通過電阻R4與工作電源VDD相連，該集電極既將信號(hào)反相后送到計(jì)數(shù)器IC3的輸入端。本發(fā)明電路的工作原理如下
當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)(相當(dāng)于測(cè)試開始)，由于VCC、E0共地，K閉合后由EO通過R2、R1給Cl充電，電路穩(wěn)定后從ICl的三腳穩(wěn)定輸出連續(xù)的脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的周期T=TPL+TPH其中放電時(shí)低電平時(shí)間為TPL=Rl*C 1Ιη2(該低電平是當(dāng)EO=VCC時(shí)低電平放電時(shí)間，且該低電平放電時(shí)間不隨被測(cè)電平變化而變化)。充電時(shí)高電平TPH= (EO/VCC)* (Rl+R2)*Cl*In2則該信號(hào)頻率f=l八TPL+TPH)。該信號(hào)經(jīng)過光電隔離器IC2放大、整形后頻率f是不變的，在定時(shí)器IC4的控制下，脈沖計(jì)數(shù)器IC3在規(guī)定時(shí)間TO內(nèi)讀入由IC2發(fā)出的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)NI并存入到16位寄存器中(當(dāng)然也可以是32位的寄存器)，通過定時(shí)器IC4的定時(shí)時(shí)間T0、計(jì)數(shù)器IC3所記錄脈沖個(gè)數(shù)NI來(lái)計(jì)算出信號(hào)頻率f=Nl/T0該頻率也是被測(cè)信號(hào)頻率，即 f=l/ (TPL+TPH)=N1/T0 內(nèi)讀入由IC2發(fā)出的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)NI存入到16位寄存器中(當(dāng)然也可以是32位的寄存器)，經(jīng)過該寄存器所記錄脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行與電壓對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換就可以讀取相應(yīng)的電壓值。由于寄存器是十六位充電時(shí)高電平TPH=(E0/VCC)*(Rl+R2)*Cl*In2則該信號(hào)頻率f=l/ (TPL+TPH)由于頻率又是在定時(shí)器TO的時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器IC3所記錄的脈沖個(gè)數(shù)NI于時(shí)間TO的比值，即f=Nl/T0 Xf=I/ (TPL+TPH)所以R2、R1、C1都是已知，則可以求出EO的值。其精度與ICl的震蕩頻率有關(guān)頻率越高其精度越高。N1/T0=1八TPL+TPH)=1/(R2*Cl*In2)+(E(VVCC)* (R1+R2) *Cl*In2所以 EO=VCC* [ (T0/N1)-R2*Cl*In2] /(Rl+R2)*Cl*In2由于VCC、TO、NI、一般ICl頻率都是上兆赫茲(MHZ)可見其精度何止是Ι/lOOmv。該信號(hào)雖然經(jīng)過IC2光電隔離電路放大、整形后頻率f是不變的，在定時(shí)器IC4控制下，在IC4設(shè)置的規(guī)定時(shí)間TO寄存器其測(cè)量最小精度就是ニ的十六次方分之一，通過調(diào)節(jié)電容Cl、Rl、R2、TO的值同時(shí)配合EO量程調(diào)節(jié)，可以獲得比l/100mv更小的精度值。脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路根據(jù)寄存器所記錄的脈沖個(gè)數(shù)就可以確定電池的電壓值。由于寄存器是十六位寄存器，其測(cè)量最小精度就是ニ的十六次方分之一，通過調(diào)節(jié)電容Cl、R1、R2、T0的值同時(shí)配合EO量程調(diào)節(jié)，可以獲得比Ι/lOOmv更小的精度值。脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路根據(jù)寄存器所記錄的脈沖個(gè)數(shù)就可以確定電池的電壓值。由于寄存器是十六位寄存 器，其測(cè)量最小精度就是ニ的十六次方分之一，通過調(diào)節(jié)電容Cl、RU R2、TO的值同時(shí)配合EO量程調(diào)節(jié)，可以獲得比Ι/lOOmv更小的精度值。現(xiàn)有的電壓測(cè)量裝置往往需要將被測(cè)電壓經(jīng)過比例調(diào)整(因?yàn)楫?dāng)被測(cè)電壓高于電路承受電壓時(shí)容易燒毀測(cè)量電路)、濾波等環(huán)節(jié)后才進(jìn)行電壓采樣、采樣保持等處理，然后讀取寄存器的值、最后進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。這樣就不能及時(shí)測(cè)量、捕捉被測(cè)電壓的瞬時(shí)值，而且由于在采樣保持過程中電路本身存在放電現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)量精度不高。而本發(fā)明不受被測(cè)電路電壓大小限制(當(dāng)被測(cè)電壓小于VCC時(shí)，可將被測(cè)有源電路串聯(lián)在VCC電源電路中)，只要保證被測(cè)電壓值EO與充放電電阻Rl、R2相比所得到的充放電電流的大小不大于ICl所規(guī)定的上限值即可。本發(fā)明中的振蕩電路可以是其他形式的振蕩電路，并不局限于555振蕩電路，只要振蕩電路頻率在100KHZ以上即可。
權(quán)利要求
1.ー種高精度電壓測(cè)量電路，其特征是，它包括振蕩電路、脈沖計(jì)數(shù)器(IC3)、定時(shí)器(IC4)、脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路和解碼顯示電路；所述振蕩電路包括555時(shí)基電路(IC1)、兩個(gè)電容和三個(gè)電阻，其中，第一電容(Cl)的一端接地，另一端接555時(shí)基電路(ICl)的2、6腳，同時(shí)，所述2、6腳依次經(jīng)第一電阻(R1)、第二電阻(R2)和測(cè)試開關(guān)(K)接被測(cè)電壓；第一電阻(Rl)與第二電阻(R2)的串接點(diǎn)接555時(shí)基電路(ICl)的7腳，555時(shí)基電路(ICl)的5腳經(jīng)第二電容(C2)接地，3腳經(jīng)第三電阻(R3)接脈沖計(jì)數(shù)器(IC3)的脈沖輸入端，所述脈沖計(jì)數(shù)器(IC3)的使能端接定時(shí)器(IC4)的輸出端，其輸出信號(hào)經(jīng)脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路接解碼顯示電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度電壓測(cè)量電路，其特征在于，在振蕩電路與脈沖計(jì)數(shù)器(IC3)之間設(shè)置有光電隔離器(IC2)，所述光電隔離器(IC2)的發(fā)光二極管經(jīng)第三電阻接555時(shí)基電路(ICl)的3腳所輸出的脈沖電壓信號(hào),其光電管的發(fā)射極接脈沖計(jì)數(shù)器(IC3)的電源負(fù)極，集電極接脈沖計(jì)數(shù)器(IC3)的輸入端并設(shè)置有上拉電阻(R4)。
全文摘要
一種高精度電壓測(cè)量電路，它包括振蕩電路、脈沖計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路和解碼顯示電路，所述振蕩電路包括555時(shí)基電路、兩個(gè)電容和三個(gè)電阻，第一電容的一端接地，另一端接555時(shí)基電路的2、6腳并依次經(jīng)第一電阻、第二電阻和測(cè)試開關(guān)接被測(cè)電壓，第一電阻與第二電阻的串接點(diǎn)接555時(shí)基電路的7腳，555時(shí)基電路的5腳經(jīng)第二電容接地，3腳經(jīng)第三電阻接脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，所述脈沖計(jì)數(shù)器的使能端接定時(shí)器的輸出端，其輸出信號(hào)經(jīng)脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路接解碼顯示電路。本發(fā)明可對(duì)電池電壓進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為提高電池組的管理水平，延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池使用效率創(chuàng)造了條件。
文檔編號(hào)G01R19/252GK102841246SQ20121031608
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者顏廣博, 翁浩宇, 張海勇, 宋雪靜, 陳其林, 吳世超 申請(qǐng)人:長(zhǎng)城汽車股份有限公司