一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，其特征在于，包括：高压采样模块、低压处理模块、比较器、数字处理与控制模块和数/模转换；电池接高压采样模块，电池的高压信号经高压采样模块采样后输出给低压处理模块；低压处理模块的输出给比较器；比较器将比较的结果送给数字处理与控制模块；数字处理与控制模块控制数/模转换模块；数/模转换模块分别与高压采样模块和低压处理模块相连。本实用新型专利技术具有以下优点：本实用新型专利技术使用高压和低压开关同时结合高压电容直接采集级联电池组的电压，而不需要电压转换单元将电池组电压转换为低压再进行电压转换，从而提高采样速率和采样精度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子电路中的电源管理领域，具体涉及一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路。
技术介绍
锂电池监控芯片用于检测可充电锂电池的电压，电流和温度等信息，并将这些信息反馈给中央控制单元，从而保证锂电池的安全和寿命。400V电动汽车需要96节串联的动力电池(单节电池电压3.8V)组同时并联起来组成动力电池包来产生用于驱动电机的工作电压和足够的驱动电流。前期的单通道电池监控方案，需要大量的分立器件，从而使得整体系统的面积和可靠性讲大打折扣。现有技术存在以下缺陷：现有技术都集中在提高高压采样开关的速度，忽略整体架构速度的限制，并且现有技术高压采样开关的个数是很多，因为高压采样开关需要的面积很大，导致整个芯片面积很大，成本高。现有技术的低压采样检测对称性差，测量结果可靠性低。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出了一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路。本技术的技术方案是：一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，包括：高压采样模块、低压处理模块、比较器、数字处理与控制模块和数/模转换；电池接高压采样模块，电池的高压信号经高压采样模块采样后输出给低压处理模块；低压处理模块的输出给比较器；比较器将比较的结果送给数字处理与控制模块；数字处理与控制模块控制数/模转换模块；数/模转换模块分别与高压采样模块和低压处理模块相连。优选的，高压采样模块包括两个结构一样的子模块：高压采样模块P和高压采样模块N；低压处理模块包括两个结构一样的子模块：低压处理模块P和低压处理模块N；数/模转换模块包括两个结构一样的子模块：数/模转换P和数/模转换N；电池的正、负极分别接高压采样模块P的IN端和高压采样模块N的IN端；高压采样模块P的SW端和高压采样模块N的SW端之间通过开关S2连接；高压采样模块P的OUT端、低压处理模块P的LSB端以及数/模转换P的LSB端连接在一起；高压采样模块N的OUT端、低压处理模块N的LSB端以及数/模转换N的LSB端连接在一起；低压处理模块P的MSB端和数/模转换P的MSB端连接；低压处理模块N的MSB端和数/模转换N的MSB端连接；低压处理模块P的COMP端和比较器的正相端相连；低压处理模块N的COMP端和比较器的反相端相连。为了能够使电路整体工作更稳定，滤除电池组上的噪声等干扰，使本技术的电路工作更稳定可靠：进一步优选的，还包括滤波器模块，滤波器设置在电池与高压采样模块之间。更进一步优选的，电池的正、负极分别连接滤波器的输入INP和INN；滤波器的输出INP和INN分别接高压采样模块P的IN端和高压采样模块N的IN端。另外，为了测量电池的电流、温度等低压信号：进一步优选的，还包括低压采样模块；低压采样模块与数/模转换模块相连。更进一步优选的，低压采样模块分别为第一低压采样模块和第二低压采样模块。为了测量电池的温度：更进一步优选的，第一低压采样模块和第二低压采样模块中设置有热敏电阻。为了测量电池的电流：更进一步优选的，第一低压采样模块和第二低压采样模块中设置有霍尔器件。进一步优选的，滤波器可以为电容C、电感L、电阻R组成的。更进一步优选的，滤波器为RC滤波器；端口INP接电阻Rfi1的一端，电阻Rfi1的另一端接电容Cfi1的一端以及端口OUTP；端口INN接电阻Rfi2的一端，电阻Rfi2的另一端接电容Cfi1的另一端以及端口OUTN。进一步优选的，高压采样子模块的结构为：端口IN接开关SW的一端；开关SW的另一端、开关Sgnd的一端以及电容Cs的一端连接在一起作为高压采样子模块的端口S；电容Cs的另一端接端口OUT。进一步优选的，低压处理子模块的结构为：MSB端通过开关S3接电源VDDL、通过开关S6接端口COMP和开关S5的一端；开关S5的另一端接电压VCML；低压处理子模块的LSB端通过开关S4接地VSSL、通过开关S7接端口COMP和开关S5的一端。进一步优选的，数/模转换子模块包括两个结构相同的电容阵列模块，两个电容阵列模块分别作为高位电容阵列模块和低位电容阵列模块使用。高位电容阵列模块的端口SB接MSB，低位电容阵列模块端口SB接LSB。更进一步优选的，电容阵列模块由m个按照二进制加权排列的电容组成，所有电容的一个极板连接在一起接端口SB，电容的另一端通过开关切换分别可以选择连接到REF、TEMP或者REFGND端，m为大于等于1的正整数。本技术具有以下优点：本技术使用高压和低压开关同时结合高压电容直接采集级联电池组的电压，而不需要电压转换单元将电池组电压转换为低压再进行电压转换，从而提高采样速率和采样精度。高压压测量采用全差分的结构，可以有效地消除共模干扰，具有很好的共模抑制比(CMRR，Common Mode Rejection Ratio)。对于低压的测量(温度或者电流)，本结构同样可以实现完美的对称性，在共模抑制比(CMRR)上同样具有优势。附图说明图1本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的总体框图。图2本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的具体结构框图。图3本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的滤波器原理图。图4本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的高压采样子模块原理图。图5本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的低压处理子模块原理图。图6本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的数/模转换电路模块示意图。图7本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的数/模转换电路模块中电容阵列模块示意图。图8本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的整体原理图一。图9本技术具体实施例一的电池电压采样过程。图10本技术具体实施例一的电池电压转换过程。图11本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的整理原理图二。图12本技术具体实施例二的电池电压采样过程。图13本技术具体实施例二的电池电压转换过程。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细、完整地说明。本技术的主要思想是对电池(这里的电池指：电池组或者单个电池)的电压、温度以及电流等参数进行检测。其中根据检测的具体对象可以分为检测高压部分和检测低压部分。检测高压部分主要指检测电池电压；检测低压部分主要是指对电池的温度、电流等进行检测。具体检测中，对于涉及到高压的部分通过高压模块进行处理；对于低压的部分通过低压模块进行处理。如图1本技术应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路的总体框图所示，主要包括：高压采样模块、低压处理模块、比较器、数字处理与控制模块和数/模转换。同时为了检测温度、电流等低压信号(即检测低压部分)还可以包括低压采样模块；另外为了能够使电路整体工作更稳定，还可以包括滤波器。这里的滤波器主要是为了滤除电池组上的噪声等干扰，使本技术的电路工作更稳定可靠。图1中最左边的VCELL为所要检测的电池(这里的电池指：电池组或者单个电池，下同)。电池接高压采样模块，电池的高压信号经高压采样模块采样后输出给低压处理模块。低压处理模块的输出给比较器。比较器将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，其特征在于，包括：高压采样模块、低压处理模块、比较器、数字处理与控制模块和数/模转换；电池接高压采样模块，电池的高压信号经高压采样模块采样后输出给低压处理模块；低压处理模块的输出给比较器；比较器将比较的结果送给数字处理与控制模块；数字处理与控制模块控制数/模转换模块；数/模转换模块分别与高压采样模块和低压处理模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，其特征在于，包括：高压采样模块、低压处理模块、比较器、数字处理与控制模块和数/模转换；电池接高压采样模块，电池的高压信号经高压采样模块采样后输出给低压处理模块；低压处理模块的输出给比较器；比较器将比较的结果送给数字处理与控制模块；数字处理与控制模块控制数/模转换模块；数/模转换模块分别与高压采样模块和低压处理模块相连。2.如权利要求1所述的应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，其特征在于：高压采样模块包括两个结构一样的子模块：高压采样模块P和高压采样模块N；低压处理模块包括两个结构一样的子模块：低压处理模块P和低压处理模块N；数/模转换模块包括两个结构一样的子模块：数/模转换P和数/模转换N；电池的正、负极分别接高压采样模块P的IN端和高压采样模块N的IN端；高压采样模块P的SW端和高压采样模块N的SW端之间通过开关S2连接；高压采样模块P的OUT端、低压处理模块P的LSB端以及数/模转换P的LSB端连接在一起；高压采样模块N的OUT端、低压处理模块N的LSB端以及数/模转换N的LSB端连接在一起；低压处理模块P的MSB端和数/模转换P的MSB端连接；低压处理模块N的MSB端和数/模转换N的MSB端连接；低压处理模块P的COMP端和比较器的正相端相连；低压处理模块N的COMP端和比较器的反相端相连。3.如权利要求1和2任一所述的应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，其特征在于：还包括滤波器模块，滤波器设置在电池与高压采样模块之间。4.如权利要求3所述的应用于电池监控芯片的全差分模数采样和转换电路，其特征在于：电池的正、负极分别连接滤波器的输入IN...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启东，
申请(专利权)人：西安矽源半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61