CN209296796U - 一种高精度电压测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高精度电压测量电路，包括单片机、高压输入电路、采集测量电路；高压输入电路通过降压单元降压后输入到单片机上，采集测量电路的输入端连接高压输入电路的输入电源，采集测量电路的输出端连接至单片机中，采集测量电路的输出端电压直接从单片机中读取，由此检测得到输入电源的精准电压。本实用新型通过成本较低的硬件电路来实现高精度的电压读取，克服了现有汽车仪表中数据读取虚高和电量显示不稳定的系列问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车仪表装置领域，特别与一种高精度电压测量电路有关。
背景技术
电动汽车上电池的电压/电量在仪表上有显示，现有电压/电量数据读取和显示有两种方案：一是通过电池管理***BMS直接输出CAN信号给仪表，仪表读取信号显示，此方案使得BMS***成本较高，与之配套的仪表需要CAN匹配，技术要求和成本相应提高。二是通过仪表直接测量电池组电压，通过仪表计算并显示电压/电量信息，此方案成本较低但需要仪表有较高的测量精度及软件设置与电池的匹配，在此方案推出市场时，经常因为仪表测量精度不足，软件设置经验不够造成使用过程中仪表显示电池电压/电量虚高，电量下降不均匀及冬季电量下降过快等一系列问题，收到诸多用户投诉和抱怨。
因此，本发明人针对这一问题设计了一种高精度电压测量电路，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高精度电压测量电路，通过成本较低的硬件电路来实现高精度的电压读取，克服了现有汽车仪表中数据读取虚高和电量显示不稳定的系列问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种高精度电压测量电路，包括单片机、高压输入电路、采集测量电路；高压输入电路通过降压单元降压后输入到单片机上，采集测量电路的输入端连接高压输入电路的输入电源，采集测量电路的输出端连接至单片机中，采集测量电路的输出端电压直接从单片机中读取，由此检测得到输入电源的精准电压。
所述的高压输入电路包括两级降压，先通过降压芯片将高输入电压降压至12V，在通过电压稳压器将12V电压稳定在5V，给单片机供电。
所述的采集测量电路包括可控精密稳压源，其阳极连接高压输入电路的输入电源(U1)，阴极和参考端之间连接串联有电阻(R87)，输入电源(U1)和可控精密稳压源的参考端之间连接有电阻(R86)，同时可控精密稳压源的阴极依次串联电阻(R90)、电阻(R91)，并接地，读取电阻(R91)两端的电压为采集测量电路的输出电压(U3)，输入到单片机中直接读取。
所述的可控精密稳压源采用TL431芯片。
所述高压输入电路的输入电源和可控精密稳压源的阳极之间，连接有限流电阻(R112、R113)和防反向二级稳压管(D26)。
所述可控精密稳压源的阴极并联有多个限流电阻(R88、R89、R110、R111)接地。
所述可控精密稳压源的阴极通过滤波电容(C29)接地。
所述采集测量电路输出电压(U3)端通过滤波电容(C30)接地。
所述的单片机采用集成芯片R5F10CGBxFB。
采用上述方案后，本实用新型可以通过采集检测电路，将高压输入的电压值，采集换算成仪表上低压值，再通过单片机驱动显示，硬件电路结构简单，成本低，检测采集的数据精度高，不存在显示下降不均匀等问题。
同时本实用新型中的采集检测电路采用可控精密稳压源，利用阴极和参考端之间的固定压差，即电阻R87两端电压为固定压差，由于流入TL431参考端的电流几乎为0，所以可以得到电阻R86两端的压差，与电阻R87成正比关系，采集测量电路的输出电压U3为单片机采集的电压，即电阻R91两端的电压，可以通过AD值换算得到，由此可以得到电阻R90两端的电压，与电阻R91成正比关系，从而输入电源U1的电压即为电阻R86、R87、R90、R91的电压总和，累加后送入单片机中进行驱动显示。电路结构可靠稳定。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例的电路图。
具体实施方式
参见说明书附图，对本实用新型较佳实施例做进一步阐述。
一种高精度电压测量电路，主要涉及到的基本单元有单片机IC3、高压输入电路1、采集测量电路2。高压输入电路主要是将外部动力电池的高电压采集，通过转换变成合适单片机IC3的工作电压，并给单片机IC3供电，常用的高电压规格有48V、60V、72V。
高压输入电路1中，外部输入电源U1首先是降压单元降压后输入到单片机MCU上，本实施例中通过两级降压方式降低到5V。首先输入电源U1通过降压芯片VIPer22A芯片，降压至12V，然后再通过电压稳压器78M05将12V电压稳定至5V，给单片机MCU供电。
本实用新型的工作重点在于采集测量电路2，本实施例中的采集测量电路2中采用了TL431芯片，是一种可控精密稳压源，可以根据不同的输入电源U1和配套电阻规格来配合实用，本实施例中的TL431芯片，利用该阴极(CATHODE)和参考端(REF)之间的固定压差为2.5V来设计电路和配备电阻参数。
TL431芯片的阳极(ANODE)连接高压输入电路的输入电源U1，阴极(CATHODE)和参考端(REF)之间连接串联有电阻R87，输入电源U1和参考端(REF)之间连接有电阻R86。同时本实施例中在输入电源U1和阳极(ANODE)之间连接相互并联的限流电阻R112、R113和防反向二级稳压管D26。在阴极(CATHODE)通过并联的多个限流电阻R88、R89、R110、R111接地，同时通过滤波电容C29接地滤波。在集检测电压U3也通过滤波电容C30接地滤波。
由于阴极(CATHODE)和参考端(REF)之间的固定压差为2.5V，两者之间电阻R87，此时流经电阻R87的电流为2.5V/R87，同时通过电阻R86和电阻R87的分压，则TL431芯片阴极(CATHODE)的电压U2，通过下述换算可以得到U2＝U1-(1+R86/R87)*2.5V。
TL431芯片的阴极(CATHODE)再依次串联电阻R90、电阻R91，并接地，读取电阻R91两端的电压为采集测量电路输出电压U3。输出电压U3为电阻R90和电阻R91之间的分电压，故得到：
U3＝[R91/(R90+R91)]*U2，
代入上述U2，U3＝[R91/(R90+R91)]*[U1-(1+R86/R87)*2.5]，
即U1＝[(R90+R91)/R91]U3+(1+R86/R87)*2.5
采集测量电路的输出电压U3为单片机MCU上可以直接读取的的电压，即电阻R91两端的电压，可以通过AD值换算得到，由此可以得到电阻R90两端的电压，与电阻R91成正比关系，从而输入电源U1的电压即为电阻R86、R87、R90、R91的电压总和，累加后便可送入单片机MCU中进行驱动显示。
本实用新型对输入电压U1的检测符合了高精度要求。本实施例中单片机MCU选用集成芯片R5F10CGBxFB，该集成芯片的分辨率为a＝5V/1024。在60V仪表中，设定R90＝82k，R91＝10k，R86＝56k，R87＝4.7k，当U3的AD变化为1时，通过U1＝[(R90+R91)/R91]U3+(1+R86/R87)*2.5可得知，U1的测量精度为a*[(R90+R91)/R91]＝0.044921875V。在72V仪表中，设定R90＝100k，R91＝10k，R86＝56k，R87＝4.7k，当U3的AD变化为1时，通过U1＝[(R90+R91)/R91]U3+(1+R86/R87)*2.5可得知，U1的测量精度为a*[(R90+R91)/R91]＝0.0537109375V。由此可以看出，精度大幅度提到提升。
以上是本实用新型优选实施方式，在本实用新型构思前提下所做出若干其他简单替换和改动，都应当视为属于本实用新型的保护范畴。
Claims (9)
1.一种高精度电压测量电路，其特征在于：包括单片机、高压输入电路、采集测量电路；高压输入电路通过降压单元降压后输入到单片机上，采集测量电路的输入端连接高压输入电路的输入电源，采集测量电路的输出端连接至单片机中，采集测量电路的输出端电压直接从单片机中读取，由此检测得到输入电源的精准电压。
2.如权利要求1所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述的高压输入电路包括两级降压，先通过降压芯片将高输入电压降压至12V，在通过电压稳压器将12V电压稳定在5V，给单片机供电。
3.如权利要求1所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述的采集测量电路包括可控精密稳压源，其阳极连接高压输入电路的输入电源(U1)，阴极和参考端之间连接串联有电阻(R87)，输入电源(U1)和可控精密稳压源的参考端之间连接有电阻(R86)，同时可控精密稳压源的阴极依次串联电阻(R90)、电阻(R91)，并接地，读取电阻(R91)两端的电压为采集测量电路的输出电压(U3)，输入到单片机中直接读取。
4.如权利要求3所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述的可控精密稳压源采用TL431芯片。
5.如权利要求3所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述高压输入电路的输入电源和可控精密稳压源的阳极之间，连接有限流电阻一(R112)、限流电阻二(R113)和防反向二级稳压管(D26)。
6.如权利要求3所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述可控精密稳压源的阴极并联有限流电阻三(R88)、限流电阻四(R89)、限流电阻五(R110)、限流电阻六(R111)接地。
7.如权利要求3所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述可控精密稳压源的阴极通过滤波电容(C29)接地。
8.如权利要求3所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述采集测量电路的输出电压(U3)端通过滤波电容(C30)接地。
9.如权利要求1所述的一种高精度电压测量电路，其特征在于：所述的单片机采用集成芯片R5F10CGBxFB。
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