專利名稱：一種高精度電壓測量電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于精確測量各種蓄電池、充電電池電壓的電路，屬測量技術領域。
背景技術：
精確測量各種蓄電池、充電電池的電壓，對準確計算電池剩余容量(S0C),提高電池組的管理(充電、放電、均衡)水平，進而延長電池使用壽命，提高電池使用效率具有重要意義。例如對于電腦電池、電動汽車電池來說，當電池的剩余容量在40%-80%范圍內時，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)也會發(fā)生較大的變化，因此只有電壓測量精度足夠高，SOC計算足夠準確，才能及時調整、均衡電池組內各単體 的 SOC。目前，電池電壓一般采用A/D(數(shù)摸)轉換的方法進行測量，由于電壓的采樣、保持過程中電路存在自放電現(xiàn)象，這種測量方法很難準確捕捉到被測電壓的真實值。還有ー種方法是通過測量脈沖寬度來測量被測電池的電壓，該方法同樣難以準確測量電池的電壓。以上兩種傳統(tǒng)電壓測量方法的測量精度只能達到l-2mv，不能滿足精確測量需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足、提供ー種高精度電壓測量電路，以提高電池組的管理水平，延長電池使用壽命，提高電池使用效率。本發(fā)明所述問題是由以下技術方案實現(xiàn)的
ー種高精度電壓測量電路，構成中包括振蕩電路、脈沖計數(shù)器、定時器、脈沖電壓轉換電路和解碼顯示電路，所述振蕩電路包括555時基電路、兩個電容和三個電阻，第一電容的一端接地，另一端接555時基電路的2、6腳并依次經第一電阻、第二電阻和測試開關接被測電壓，第一電阻與第二電阻的串接點接555時基電路的7腳，555時基電路的5腳經第二電容接地，3腳經第三電阻接脈沖計數(shù)器的脈沖輸入端，所述脈沖計數(shù)器的使能端接定時器的輸出端，其輸出信號經脈沖電壓轉換電路接解碼顯示電路。上述高精度電壓測量電路，在振蕩電路與脈沖計數(shù)器之間設置有光電隔離器，所述光電隔離器的發(fā)光二極管經第三電阻接555時基電路的3腳所輸出的脈沖電壓信號，其光電管的發(fā)射極接脈沖計數(shù)器的電源負極，集電極接脈沖計數(shù)器的輸入端并設置有上拉電阻。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置在100KHZ以上、利用被測電池電動勢微小變化引起震蕩頻率變化的原理，通過建立被測電壓與振蕩電路所輸出脈沖信號的頻率之間的關系實現(xiàn)對被測電壓的測量，該電路不對電壓信號進行濾波處理，并且免去了采樣保持過程，因而可以精確測得被測電壓的瞬態(tài)值。本發(fā)明可對電池電壓進行準確測量和實時監(jiān)測，為提高電池組的管理水平，延長電池使用壽命，提高電池使用效率創(chuàng)造了條件。


下面結合附圖對本發(fā)明作進ー步說明。圖I是本發(fā)明的電原理框 圖2是電原理 圖3是定時器波形 圖4是計數(shù)器波形圖。圖中各標號為IC1、555時基電路；IC2、光電隔離器；IC3、脈沖計數(shù)器；IC4、定時器；R1 R4、電阻；C1、C2、電容；K、測試開關；Ε0、被測電壓。
具體實施例方式參看圖I、圖2，本發(fā)明由振蕩電路、光電隔離器IC2、定時器IC4、脈沖計數(shù)器IC3、脈沖電壓轉換電路、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、也可以是其他型號單片機。功能敘述與說明振蕩電路的作用是利用被測有源部件的電動勢和振蕩電路部件產生與被測電壓有關的方波脈沖，這個方波脈沖信號經過光電隔離器IC2的調整后，由脈沖計數(shù)器IC3在定時器IC4設定的時間TO內讀取并記錄由光電隔離器IC2傳送過來的脈沖個數(shù)，脈沖個數(shù)經過脈沖電壓轉換電路送至解碼顯示電路。電路構成振蕩電路是由555時基電路ICl構成的典型諧振電路，被測電池的正極經過開關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。被測電池負極與Cl的另一端、ICl供電電源負極引腳I、C2的一端、光電隔離器IC2的發(fā)光二極管負極相連，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)射極與計數(shù)器IC3、定時器IC4、工作電源VSS相連，光電隔離器IC2的集電極(也是信號輸出端)，通過電阻R4與工作電源VDD相連，該集電極既將信號反相后送到計數(shù)器IC3的輸入端。本發(fā)明電路的工作原理如下
當開關K閉合時(相當于測試開始)，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，這個信號的周期T=TPL+TPH其中放電時低電平時間為TPL=Rl*C 1Ιη2(該低電平是當EO=VCC時低電平放電時間，且該低電平放電時間不隨被測電平變化而變化)。充電時高電平TPH= (EO/VCC)* (Rl+R2)*Cl*In2則該信號頻率f=l八TPL+TPH)。該信號經過光電隔離器IC2放大、整形后頻率f是不變的，在定時器IC4的控制下，脈沖計數(shù)器IC3在規(guī)定時間TO內讀入由IC2發(fā)出的脈沖信號個數(shù)NI并存入到16位寄存器中(當然也可以是32位的寄存器)，通過定時器IC4的定時時間T0、計數(shù)器IC3所記錄脈沖個數(shù)NI來計算出信號頻率f=Nl/T0該頻率也是被測信號頻率，即 f=l/ (TPL+TPH)=N1/T0 內讀入由IC2發(fā)出的脈沖信號個數(shù)NI存入到16位寄存器中(當然也可以是32位的寄存器)，經過該寄存器所記錄脈沖個數(shù)進行與電壓對應轉換就可以讀取相應的電壓值。由于寄存器是十六位充電時高電平TPH=(E0/VCC)*(Rl+R2)*Cl*In2則該信號頻率f=l/ (TPL+TPH)由于頻率又是在定時器TO的時間內計數(shù)器IC3所記錄的脈沖個數(shù)NI于時間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。該信號雖然經過IC2光電隔離電路放大、整形后頻率f是不變的，在定時器IC4控制下，在IC4設置的規(guī)定時間TO寄存器其測量最小精度就是ニ的十六次方分之一，通過調節(jié)電容Cl、Rl、R2、TO的值同時配合EO量程調節(jié)，可以獲得比l/100mv更小的精度值。脈沖電壓轉換電路根據寄存器所記錄的脈沖個數(shù)就可以確定電池的電壓值。由于寄存器是十六位寄存器，其測量最小精度就是ニ的十六次方分之一，通過調節(jié)電容Cl、R1、R2、T0的值同時配合EO量程調節(jié)，可以獲得比Ι/lOOmv更小的精度值。脈沖電壓轉換電路根據寄存器所記錄的脈沖個數(shù)就可以確定電池的電壓值。由于寄存器是十六位寄存 器，其測量最小精度就是ニ的十六次方分之一，通過調節(jié)電容Cl、RU R2、TO的值同時配合EO量程調節(jié)，可以獲得比Ι/lOOmv更小的精度值?，F(xiàn)有的電壓測量裝置往往需要將被測電壓經過比例調整(因為當被測電壓高于電路承受電壓時容易燒毀測量電路)、濾波等環(huán)節(jié)后才進行電壓采樣、采樣保持等處理，然后讀取寄存器的值、最后進行電壓轉換。這樣就不能及時測量、捕捉被測電壓的瞬時值，而且由于在采樣保持過程中電路本身存在放電現(xiàn)象，導致測量精度不高。而本發(fā)明不受被測電路電壓大小限制(當被測電壓小于VCC時，可將被測有源電路串聯(lián)在VCC電源電路中)，只要保證被測電壓值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。
權利要求
1.ー種高精度電壓測量電路，其特征是，它包括振蕩電路、脈沖計數(shù)器(IC3)、定時器(IC4)、脈沖電壓轉換電路和解碼顯示電路；所述振蕩電路包括555時基電路(IC1)、兩個電容和三個電阻，其中，第一電容(Cl)的一端接地，另一端接555時基電路(ICl)的2、6腳，同時，所述2、6腳依次經第一電阻(R1)、第二電阻(R2)和測試開關(K)接被測電壓；第一電阻(Rl)與第二電阻(R2)的串接點接555時基電路(ICl)的7腳，555時基電路(ICl)的5腳經第二電容(C2)接地，3腳經第三電阻(R3)接脈沖計數(shù)器(IC3)的脈沖輸入端，所述脈沖計數(shù)器(IC3)的使能端接定時器(IC4)的輸出端，其輸出信號經脈沖電壓轉換電路接解碼顯示電路。
2.根據權利要求I所述的高精度電壓測量電路，其特征在于，在振蕩電路與脈沖計數(shù)器(IC3)之間設置有光電隔離器(IC2)，所述光電隔離器(IC2)的發(fā)光二極管經第三電阻接555時基電路(ICl)的3腳所輸出的脈沖電壓信號,其光電管的發(fā)射極接脈沖計數(shù)器(IC3)的電源負極，集電極接脈沖計數(shù)器(IC3)的輸入端并設置有上拉電阻(R4)。
全文摘要
一種高精度電壓測量電路，它包括振蕩電路、脈沖計數(shù)器、定時器、脈沖電壓轉換電路和解碼顯示電路，所述振蕩電路包括555時基電路、兩個電容和三個電阻，第一電容的一端接地，另一端接555時基電路的2、6腳并依次經第一電阻、第二電阻和測試開關接被測電壓，第一電阻與第二電阻的串接點接555時基電路的7腳，555時基電路的5腳經第二電容接地，3腳經第三電阻接脈沖計數(shù)器的脈沖輸入端，所述脈沖計數(shù)器的使能端接定時器的輸出端，其輸出信號經脈沖電壓轉換電路接解碼顯示電路。本發(fā)明可對電池電壓進行準確測量和實時監(jiān)測，為提高電池組的管理水平，延長電池使用壽命，提高電池使用效率創(chuàng)造了條件。
文檔編號G01R19/252GK102841246SQ20121031608
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日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 申請人:長城汽車股份有限公司