本實用新型屬于新能源汽車領(lǐng)域，更具體地，涉及一種輸出為PWM信號的電流測量電路。

背景技術(shù)：

目前，隨著政策扶持力度加大、配套設(shè)施建設(shè)加快，以及各地全面推廣應(yīng)用的環(huán)境背景下，新能源汽車保持快速增長，行業(yè)前景向好。其中為了保障車輛的行車安全，動力電池系統(tǒng)的極端單體電壓，動力電池總壓，動力電池電流大小等關(guān)鍵數(shù)據(jù)是必須實時監(jiān)測的。例如動力電池的總電流對于監(jiān)測電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與SOC預(yù)測至關(guān)重要。

目前電動汽車上廣泛使用的霍爾式電流傳感器，分為兩大類，包括開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器。其中開環(huán)式霍爾電流傳感器，其工作依賴于高導(dǎo)磁磁芯的線性區(qū)間，由于這種傳感器直接測量高導(dǎo)磁磁芯氣隙處的磁通，則更容易受到磁芯飽和、磁滯、非線性的影響，所以這種開環(huán)式的霍爾電流傳感器的精度一般比較低，且易受到磁滯效應(yīng)的影響，不能測量過快頻率的電流，測量帶寬較窄；閉環(huán)式霍爾電流傳感器在開環(huán)式電流傳感器的基礎(chǔ)上增加了副邊補(bǔ)償繞組，其測量精度較開環(huán)式霍爾傳感器有所提升，但由于增加了副邊補(bǔ)償繞組及其對應(yīng)的控制回路，使得成本增高，體積增大，同時由于副邊補(bǔ)償繞組輸出功率有限，在特殊情況下也會出現(xiàn)磁芯飽和的情況，引起測量錯誤。無論開環(huán)式霍爾電流傳感器還是閉環(huán)式霍爾電流傳感器，在實際應(yīng)用中，小電流測量都不夠精準(zhǔn)。

目前電動汽車行業(yè)中廣泛使用霍爾式電流傳感器作為電流監(jiān)測裝置，而其在使用過程中存在測量受溫度影響較大、體積大安裝不便、不符合現(xiàn)今小體積輕量化發(fā)展的需求、發(fā)生磁飽和后使得其不能正常的測量、電動汽車電磁環(huán)境復(fù)雜容易干擾霍爾傳感器的模擬輸出量，從而影響電流測量的精度?；诨魻杺鞲衅鳜F(xiàn)存的一系列問題，現(xiàn)許多工程師考慮使用性價比高、測量精度高的電流檢測裝置對動力電池電流進(jìn)行實時監(jiān)測，即智能型電流傳感器，其原理基于歐姆定律，且電路中不存在非線性器件，根據(jù)集總電路特性，該方案電流的測量帶寬可以做的非常寬，可以測量快速交變電流；同時線性器件不存在回差與滯回，所以第一次校準(zhǔn)完成之后就不需要再次校準(zhǔn)；沒有磁環(huán)，所以整個電流傳感器可以做的非常小，節(jié)省主控箱空間；采用非模擬量輸出，有效避免電動汽車復(fù)雜的電磁環(huán)境對電流傳感器的干擾。

新能源汽車近年來發(fā)展迅速，對于BMS系統(tǒng)的要求也越來越苛刻，電流檢測作為BMS系統(tǒng)中必不可少的一個部分，其對BMS的重要性不言而喻。一方面電流傳感器需要將車輛的實時電流反饋給駕駛員或者技術(shù)人員，便于掌握電動車輛的運(yùn)行狀態(tài)；另一方面，電流傳感器的精度直接關(guān)系到電動汽車SOC的估算精度，電流傳感器出現(xiàn)異常或者精度不夠，將會導(dǎo)致SOC估算偏差較大，或者電流測量不準(zhǔn)觸發(fā)車輛軟件保護(hù)策略導(dǎo)致切斷高壓。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實用新型提供了一種輸出為PWM信號的電流測量電路，其目的在于使用雙通道可調(diào)的電壓傳感器，使采集到的電流模擬信號量轉(zhuǎn)換為PWM信號，電路集成度高、能夠?qū)崿F(xiàn)高低壓側(cè)電氣隔離且精度高，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中電流傳感器出現(xiàn)異?；蛘呔炔粔颍瑢?dǎo)致SOC估算偏差較大或者電流測量不準(zhǔn)觸發(fā)車輛軟件保護(hù)策略導(dǎo)致切斷高壓的技術(shù)問題。

本實用新型提供了一種輸出為PWM信號的電流測量電路，包括：依次連接的信號編碼模塊、信號隔離模塊和PWM調(diào)制模塊；所述信號編碼模塊接收電流模擬信號，并將其轉(zhuǎn)換為第一頻率信號；所述信號隔離模塊將所述第一頻率信號進(jìn)行隔離后輸出第二頻率信號；所述PWM調(diào)制模塊將所述第二頻率信號進(jìn)行調(diào)制后輸出PWM信號。

更進(jìn)一步地，所述信號編碼模塊包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、運(yùn)算放大器U5、電感L3、電感L4和電容C1；所述運(yùn)算放大器U5的正向輸入端通過電阻R3連接至輸入信號正端SHUNT+，運(yùn)算放大器U5的正向輸入端還通過電阻R7連接至參考電壓VREF；電阻R8和電阻R4依次串聯(lián)連接在所述參考電壓VREF與輸入信號正端SHUNT+之間；運(yùn)算放大器U5的反向輸入端通過電阻R1連接至輸入信號負(fù)端SHUNT-，電阻R2與電阻R1并聯(lián)連接；運(yùn)算放大器U5的反向輸入端還通過電阻R6連接至運(yùn)算放大器U5的輸出端；電阻R5與電阻R6并聯(lián)連接；電容C1連接在輸入信號正端SHUNT+與輸入信號負(fù)端SHUNT-之間；運(yùn)算放大器U5的電源正端通過電感L3連接至電源VCC，運(yùn)算放大器U5的電源負(fù)端通過電感L4連接至電源VEE。

更進(jìn)一步地，所述信號隔離模塊包括：電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5和電容C6；所述PWM調(diào)制模塊包括信號轉(zhuǎn)換器U4和電阻R14；所述電阻R9的一端作為輸入端T1連接至所述運(yùn)算放大器U5的輸出端，電阻R9的另一端連接至所述信號轉(zhuǎn)換器U4的輸入端VIN2；所述電阻R10、所述電阻R11、所述電阻R12和所述電阻R13依次串聯(lián)連接在電源VCC1與地GND1之間；所述電阻R10和所述電阻R11的串聯(lián)連接端連接至所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VREG端，所述電阻R11和所述電阻R12的串聯(lián)連接端連接至所述信號轉(zhuǎn)換器U4的輸入端VIN1，所述電容C2連接至所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VREG端與GND1之間，所述電容C5與所述電容C2并聯(lián)連接；所述電容C3連接在所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VIN1端與GND1之間；所述電容C4連接在所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VIN2與GND1之間；所述電容C6連接在所述信號轉(zhuǎn)換器U4的RB與GND1之間。所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VDD2端連接至電源VCC2，所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VOUT1端用于輸出NTCV-PWM信號，所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VOUT2端用于輸出CURT-PWM信號，所述信號轉(zhuǎn)換器U4的VREF端通過所述電阻R14連接至電源VCC2；所述信號轉(zhuǎn)換器U4的GND2接地。

本實用新型提供了一種基于雙通道電壓傳感器的輸出電流信號可調(diào)電路，即可輸出為PWM信號，也可是數(shù)字信號。在本次設(shè)計中優(yōu)選考慮PWM信號，考慮到PWM信號控制簡單、靈活且動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點，本實用新型中使用雙通道可調(diào)的電壓傳感器，使采集到的電流模擬信號量轉(zhuǎn)換為PWM信號，做到電路集成度高、高低壓信號隔離、可選擇的雙通道輸出，外圍電路影響少，有助于后端處理電路更快更精準(zhǔn)測量。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的一種輸出為PWM信號的電流測量電路的原理框圖；

圖2是本實用新型提供的一種輸出為PWM信號的電流測量電路的具體電路圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本實用新型是一種基于雙通道電壓傳感器的輸出電流信號可調(diào)電路，即可輸出為PWM信號，也可是數(shù)字信號。在本實用新型中優(yōu)選考慮PWM信號，考慮到PWM信號控制簡單、靈活且動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點，與現(xiàn)今大多數(shù)選用的數(shù)字模擬量輸出相比優(yōu)勢明顯。本實用新型中使用雙通道可調(diào)的電壓傳感器，使采集到的電流模擬信號量轉(zhuǎn)換為PWM信號，做到電路集成度高、高低壓信號隔離、可選擇的雙通道輸出電路。

現(xiàn)今也使用基于分流器的智能型電流傳感器，其原理基于歐姆定律，且電路中不存在非線性器件，根據(jù)集總電路特性，該方案電流的測量帶寬可以做的非常寬，可以測量快速交變電流；同時線性器件不存在回差與滯回，所以第一次校準(zhǔn)完成之后就不需要再次校準(zhǔn)；沒有磁環(huán)，所以整個電流傳感器可以做的非常小，節(jié)省主控箱空間；采用數(shù)字輸出，有效避免電動汽車復(fù)雜的電磁環(huán)境對電流傳感器的干擾。但是其一般選用的電路輸出量不是數(shù)字信號就是模擬信號，而調(diào)制、處理數(shù)字信號成本較高，模擬信號又容易受到干擾，輸出信號存在一定偏差精度不是很高。

本實用新型是一種基于雙通道電壓傳感器的輸出電流信號可調(diào)電路，即可輸出為PWM信號，也可是數(shù)字信號。在本實用新型中優(yōu)選考慮PWM信號，考慮到PWM信號控制簡單、靈活且動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點，本實用新型中使用雙通道可調(diào)的電壓傳感器，使采集到的電流模擬信號量轉(zhuǎn)換為PWM信號，做到電路集成度高、高低壓信號隔離、可選擇的雙通道輸出，外圍電路影響少，有助于后端處理電路更快更精準(zhǔn)測量等，尤其對于對SOC等動力電池系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的估算影響至關(guān)重要。

本電路處理分流器電壓信號的主要思想是將模擬量轉(zhuǎn)換成與其成線性關(guān)系的PWM信號量，使用PWM信號量將信號傳輸出去，PWM信號量抗干擾能力強(qiáng)，能夠避免在使用過程中受到外部電磁環(huán)境的干擾，同時能夠非常方便的實現(xiàn)高低壓側(cè)頻率量的隔離。

圖1示出了本實用新型提供的一種輸出為PWM信號的電流測量電路的原理框圖，為了便于說明，僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分，現(xiàn)結(jié)合圖1詳述如下：

電流測量電路包括依次連接的信號編碼模塊1、信號隔離模塊2和PWM調(diào)制模塊3；信號編碼模塊接收模擬信號A，并將其轉(zhuǎn)換為第一頻率信號B；信號隔離模塊將第一頻率信號B進(jìn)行隔離后輸出第二頻率信號C；PWM調(diào)制模塊將第二頻率信號C進(jìn)行調(diào)制后輸出PWM信號。

其中，模擬信號A來自于分流器的模擬前端，模擬前端的主要作用是將分流器過來的原始電壓信號放大、偏置并濾除干擾，并輸出處理后的信號。

模擬信號A經(jīng)過信號編碼模塊1轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號。在本實用新型中，考慮到應(yīng)用的可操作性，信號編碼模塊1可以采用電壓-PWM轉(zhuǎn)換器，將電壓信號轉(zhuǎn)換成與電壓相關(guān)的PWM信號，使得輸出的占空比可以線性的表征輸入的模擬電壓值，具體地，可以采用如圖中所示的PWM信號調(diào)制器。

第一頻率信號B的占空比此時已能表征分流器的原始電壓信號，再通過信號隔離模塊2進(jìn)行數(shù)字隔離后轉(zhuǎn)換成相等占空比的第二頻率信號C，此時PWM信號已能夠?qū)崿F(xiàn)高低壓側(cè)的電氣隔離。

第二頻率信號C可以連接至相關(guān)的MCU管腳，特別是連接至具有定時器輸入特性的管腳上時，MCU就能夠非常精準(zhǔn)的測量出第二頻率信號C的具體占空比；由于單片機(jī)時鐘頻率高，可以很精確的采集到信號的占空比；由于信號頻率高，因而信號的分辨率也隨之提高，降低了分流器電路的總體誤差。

本實用新型對分流器測量電流最終的輸出可選擇以及電路集成度高，同時可將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為PWM信號，其控制簡單、靈活且動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，大幅度的提高了信號的抗擾能力，同時又能實現(xiàn)高低壓側(cè)的電氣隔離。

圖2是本實用新型提供的一種輸出為PWM信號的電流測量電路的具體電路，為了便于說明，僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分，現(xiàn)結(jié)合圖2詳述如下：

信號編碼模塊1包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、運(yùn)算放大器U5、電感L3、電感L4和電容C1；運(yùn)算放大器U5的正向輸入端通過電阻R3連接至輸入信號正端SHUNT+，運(yùn)算放大器U5的正向輸入端還通過電阻R7連接至參考電壓VREF；電阻R8和電阻R4依次串聯(lián)連接在所述參考電壓VREF與輸入信號正端SHUNT+之間；運(yùn)算放大器U5的反向輸入端通過電阻R1連接至輸入信號負(fù)端SHUNT-，電阻R2與電阻R1并聯(lián)連接；運(yùn)算放大器U5的反向輸入端還通過電阻R6連接至運(yùn)算放大器U5的輸出端；電阻R5與電阻R6并聯(lián)連接；電容C1連接在輸入信號正端SHUNT+與輸入信號負(fù)端SHUNT-之間；運(yùn)算放大器U5的電源正端通過電感L3連接至電源VCC，運(yùn)算放大器U5的電源負(fù)端通過電感L4連接至電源VEE。

在本實用新型中，信號隔離模塊2包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5和電容C6；PWM調(diào)制模塊3包括信號轉(zhuǎn)換器U4及其外圍電路；信號轉(zhuǎn)換器U4用于將電壓信號線性的轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的PWM占空比信號，例如，0V輸入的時候，轉(zhuǎn)換成的占空比為0,3V輸入的時候，對應(yīng)的占空比為100％，那么1.5V輸入的時候，對應(yīng)的占空比為50％。

電阻R9的一端作為輸入端T1連接至U5的輸出端，電阻R9的另一端連接至信號轉(zhuǎn)換器U4的輸入端VIN2；電阻R10、電阻R11、電阻R12和電阻R13依次串聯(lián)連接在電源VCC1與地GND1之間；電阻R10和電阻R11的串聯(lián)連接端連接至信號轉(zhuǎn)換器U4的VREG端，電阻R11和電阻R12的串聯(lián)連接端連接至信號轉(zhuǎn)換器U4的輸入端VIN1，電容C2連接至信號轉(zhuǎn)換器U4的VREG端與GND1之間，電容C5與電容C2并聯(lián)連接；電容C3連接在信號轉(zhuǎn)換器U4的VIN1端與GND1之間；電容C4連接在信號轉(zhuǎn)換器U4的VIN2與GND1之間；電容C6連接在信號轉(zhuǎn)換器U4的RB與GND1之間。

信號轉(zhuǎn)換器U4的VDD2端連接至電源VCC2，信號轉(zhuǎn)換器U4的VOUT1端用于輸出NTCV-PWM信號，信號轉(zhuǎn)換器U4的VOUT2端用于輸出CURT-PWM信號，信號轉(zhuǎn)換器U4的VREF端通過電阻R14連接至電源VCC2；信號轉(zhuǎn)換器U4的GND2接地。

本實用新型電路集成度高，輸出信號簡單、靈活且動態(tài)響應(yīng)好，能夠?qū)崿F(xiàn)高低壓側(cè)電氣隔離；成本低廉，精度高。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。