一种基于功能安全的高压采集电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于功能安全的高压采集电路，包括采集电路和SPI隔离电路；采集电路采集电阻组的电压信号后通过SPI隔离电路进行转换后传输至微控制器；模数转换器ADC1采集电池组PACK负侧的电压信号后转换为数字信号并通过SPI通信方式传输至微控制器；模数转换器ADC2和模数转换器ADC3采集电池组LINK负侧的电压信号并转换为数字信号通过SPI通信方式传输至微控制器。本发明专利技术通过采用开关S1为PACK+到PACK

【技术实现步骤摘要】
一种基于功能安全的高压采集电路


[0001]本专利技术属于新能源汽车
，特别是涉及一种基于功能安全的高压采集电路。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的普及和快速发展，新能源车的高压电池包的安全一直备受关注，而高压继电器可以在高压电池包出现过充电、过放电、过温和过/欠压等严重度较高的故障时，快速切断高压回路，保护高压电池包，是整车在危险故障下的最重要的“执行器”之一，因此整车对高压继电器的状态监控和故障诊断就尤为重要。
[0003]整车高压继电器一般包括总正继电器、总负继电器、预充继电器、快充继电器、慢充继电器、PTC继电器和FAN继电器,目前针对高压继电器多点高压采集，一般需要检测PACK+、LINK+、快充+、慢充+对PACK
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的电压(4组)，和PACK+、LINK+、快充+、慢充+、PTC+、FAN+对LINK
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的电压(6组)，因此针对继电器的电压监控和诊断，需要检测10组高压值。常见的方式是由高压隔离光耦(单个40fits，根据SN
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29500)、高阻值分压电阻、低阻值采集电阻和隔离光耦运放组成检测电路。
[0004]现有的方案如图4
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5所示：其中R0为预充电阻，R1、R2、R3、R4、R7和R8为高阻值分压电阻，R5和R6为低阻值采集电阻，S1～S10为高压隔离光耦。PACK
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侧和LINK
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侧的高压采集各共用一个低阻值采集电阻，通过设置高压隔离光耦的控制信号实现不同的开关组合，完成10组的高压信号采集。
[0005]现有技术方案有以下缺点：
[0006]1、使用较多的高压隔离光耦器件，存在成本昂贵，失效率偏高，温漂较大的问题；
[0007]2、需要控制高压隔离光耦的导通和关断，占用较多的I/O资源、辅助电源功耗；
[0008]3、由于成本的限制，PACK
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侧和LINK
‑
侧的多点高压采集必须复用单个隔离光耦运放，每次只能采集PACK
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侧或LINK
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侧一个继电器单点电压值，多点采集时，需要通过多次开关动作，导致采集时间长，高压采集效率偏低；
[0009]4、存在多个共因失效，高压隔离光耦短路，低阻值采集电阻开路、短路、漂移，隔离光耦运放开路、漂移等共因失效，导致电路故障诊断覆盖率偏低，存在单个元器件失效导致整个功能组件无法正常工作的危害。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种基于功能安全的高压采集电路，通过采用开关S1为PACK+到PACK
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的高压采集回路的控制开关，当整车处于下电状态，S1关断，有效避免高压电池包的能量消耗；通过采用模数转换器对采集的模拟信号进行转换，微控制器通过SPI通讯发送采集指令，ADC芯片才进行采集，完成转换后自动下电进入休眠模式，显著降低功耗。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0012]本专利技术为一种基于功能安全的高压采集电路，包括采集电路和SPI隔离电路；所述
采集电路采集电阻组的电压信号后通过SPI隔离电路进行转换后传输至微控制器；所述采集电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8和二极管D1
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D10；所述开关S2一端接电池组的PACK正；开关S2的另一端为LINK正；所述开关S8的一端接电池组的PACK负；所述开关S8的另一端为LINK负；所述开关S6串联电阻R0后与开关S2两端并联连接；其中，所述二极管D1的阳极接电池组的PACK正，所述二极管D1的阴极依次串联电阻R1、开关S1和电阻R5至电池组的PACK负；其中，所述二极管D2的阳极接入到R0与开关S2的中间连接点；所述二极管D2的阴极依次串联电阻R2、R6至电池组的PACK负；其中，所述二极管D3的阳极串联开关S3至LINK正；所述二极管D3的阴极依次串联电阻R3、R7至电池组的PACK负；其中，所述二极管D4的阳极串联一开关S7至电池组的PACK正；所述二极管D4的阴极依次串联电阻R4、R8至电池组的PACK负；其中，所述二极管D5的阳极接二极管D1阳极；所述二极管D5的阴极串联电阻R9、R13至电池组LINK负；其中，所述二极管D6的阳极接二极管D2阳极；所述二极管D6的阴极串联电阻R10、R14至电池组LINK负；其中，所述二极管D7的阳极接二极管D3阳极；所述二极管D7的阴极串联电阻R11、R15至电池组LINK负；其中，所述二极管D8的阳极接二极管D4阳极；所述二极管D8的阴极串联电阻R12、R16至电池组LINK负；其中，所述二极管D9的阳极串联开关S4至开关S3与二极管D3阳极的中间连接点；所述二极管D6的阴极串联电阻R17、R19至电池组LINK负；其中，所述二极管10的阳极串联开关S5至开关S4与开关S3的中间连接点；所述二极管D6的阴极串联电阻R18、R20至电池组LINK负；所述SPI隔离电路包括模数转换器ADC1、模数转换器ADC2和模数转换器ADC3；所述模数转换器ADC1采集电池组PACK负侧的电压信号后转换为数字信号并通过SPI通信方式传输至微控制器；所述模数转换器ADC2和模数转换器ADC3采集电池组LINK负侧的电压信号并转换为数字信号通过SPI通信方式传输至微控制器；所述模数转换器ADC1通过一隔离电源与5V_PACK和5V电压源连接；所述模数转换器ADC1的输入端分别与开关S1和电阻R5中间连接点、电阻R2与R6的中间连接点、电阻R3与R7的中间连接点、电阻R4与R8的中间连接点连接；所述模数转换器ADC2和模数转换器ADC3通过一隔离电源与5V_LINK和5V电压源连接；所述模数转换器ADC2分别与电阻R9和R13的中间连接点、电阻R10与R14的中间连接点、电阻R11与R15的中间连接点连接；所述模数转换器ADC2还串联一电阻R21至5V_LINK电压源；所述模数转换器ADC3分别与电阻R12和R16的中间连接点、电阻R17与R19的中间连接点、电阻R18与R20的中间连接点连接；所述模数转换器ADC2还串联一电阻R22至5V_LINK电压源。
[0013]进一步地，所述开关S1采用集成MOS管的高压隔离光耦或者带副边输出电源的隔离光耦+高压MOS管分立方式。
[0014]进一步地，所述二极管D1
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D10均为反接二极管。
[0015]进一步地，所述模数转换器ADC1、模数转换器ADC2和模数转换器ADC3均为12位分辨率的4通道模数转换器。
[0016]一种基于功能安全的高压采集电路的故障检测方法，包括以下步骤：
[0017]步骤一：系统上电后，闭合S1，微控制器发送采集指令，采集电路对电池组的电压信号进行采集后通过SPI隔离电路进行转换后传输至微控制器；
[0018]步骤二：若微控制器未接收到数据，则判断ADC通讯错误本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功能安全的高压采集电路，其特征在于，包括采集电路和SPI隔离电路；所述采集电路采集电阻组的电压信号后通过SPI隔离电路进行转换后传输至微控制器；所述采集电路包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8和二极管D1
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D10；所述开关S2一端接电池组的PACK正；开关S2的另一端为LINK正；所述开关S8的一端接电池组的PACK负；所述开关S8的另一端为LINK负；所述开关S6串联电阻R0后与开关S2两端并联连接；其中，所述二极管D1的阳极接电池组的PACK正，所述二极管D1的阴极依次串联电阻R1、开关S1和电阻R5至电池组的PACK负；其中，所述二极管D2的阳极接入到R0与开关S2的中间连接点；所述二极管D2的阴极依次串联电阻R2、R6至电池组的PACK负；其中，所述二极管D3的阳极串联开关S3至LINK正；所述二极管D3的阴极依次串联电阻R3、R7至电池组的PACK负；其中，所述二极管D4的阳极串联一开关S7至电池组的PACK正；所述二极管D4的阴极依次串联电阻R4、R8至电池组的PACK负；其中，所述二极管D5的阳极接二极管D1阳极；所述二极管D5的阴极串联电阻R9、R13至电池组LINK负；其中，所述二极管D6的阳极接二极管D2阳极；所述二极管D6的阴极串联电阻R10、R14至电池组LINK负；其中，所述二极管D7的阳极接二极管D3阳极；所述二极管D7的阴极串联电阻R11、R15至电池组LINK负；其中，所述二极管D8的阳极接二极管D4阳极；所述二极管D8的阴极串联电阻R12、R16至电池组LINK负；其中，所述二极管D9的阳极串联开关S4至开关S3与二极管D3阳极的中间连接点；所述二极管D6的阴极串联电阻R17、R19至电池组LINK负；其中，所述二极管10的阳极串联开关S5至开关S4与开关S3的中间连接点；所述二极管D6的阴极串联电阻R18、R20至电池组LINK负；所述SPI隔离电路包括模数转换器ADC1、模数转换器ADC2和模数转换器ADC3；所述模数转换器ADC1采集电池组PACK负侧的电压信号后转换为数字信号并通过SPI通信方式传输至微控制器；所述模数转换器ADC2和模数转换器ADC3采...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友涛，张旭，朱锐，
申请(专利权)人：科大国创新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：