[发明专利]一种宽电压与大电流同步隔离采样直流功率计

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽电压与大电流同步隔离采样直流功率计,属于测量控制技术领域。

背景技术

随着国家高技术研究发展计划（863计划）将电动汽车及相关技术列为发展课题，有关成组电池维护设备的研究提上议事日程。电池厂家在对成组电池进行测试的时候，需要对它们串联的模块进行放电总电压、放电总电流、放电功率、放电安时和放电瓦时的计量，从而作为对电池整体性能和使用状况评估的依据。另一方面，作为电池的充电设备也需要测量充电总电压、充电总电流、充电功率、充电安时和充电瓦时的参数，作为充电控制策略的反馈量或者工控机以及上位机显示的内容。

目前传统的成组电池测试设备普遍面临总电压、总电流测量不同步，造成测量数据不一致的缺陷和问题，从而根据电压、电流计算功率和瓦时的数据无法真实反应电池组的实际状态；另一方面，由于成组电池串联的数量变化范围很大，造成需要测量的总电压波动范围宽（0V-1000V），而现有测试设备在宽电压范围内很难达到全量程范围内高精度的指标，甚至不满足宽电压范围测量的需求；此外，由于涉及到高压、大电流的场合都要进行隔离设计，常规的采样电路和控制电路的电气隔离设计复杂，环节众多，影响了测量的线性度，破坏了既有AD芯片的测量精度。例如，现有测量成组电池或者其它直流功率计量技术有两类：一类是使用专门计量芯片，比如CS5460等完成电压、电流的采集，同时内部计算安时和瓦时；另一类是常规方案，使用两片模数转换芯片完成电压、电流的非同步采集，通过单片机等低速处理器完成功率、安时和瓦时的计算；在电气隔离上一般是总电压通过电阻分压进入隔离运放，再进入模数转换芯片芯片，电流的隔离技术方案有两类，一类是使用霍尔传感器，另一类是分流器采样电压进入隔离运放，再进入模数转换芯片。

概括起来，现有技术存在着以下的缺点：

1.专门的计量芯片测量量多，造成对寄存器读写操作的程序复杂；

2.计量芯片的测量误差难以满足宽电压、大电流全量程范围内的高精度要求；

3.受转换时间、实时性要求等影响，计量芯片并不适合在复杂的控制场合；

4.常规设计中两片模数转换芯片难以实现同步采样，由此计算的功率、安时和瓦时不能反映电池组真实状态；

5.常规设计中使用单片机等低速处理器无法满足高速运算及实时更新数据的测量要求；

6.常规设计中使用隔离运放等中间环节，破坏了既有模数转换芯片的线性度，影响了测量精度，而霍尔传感器的灵敏度、精度以及线性度都不及分流器，使用霍尔传感器虽然简约了隔离设计，但牺牲了精度和灵敏度，同时也增大了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的宽电压、大电流高精度同步隔离采样直流功率计，本发明的一种宽电压与大电流同步隔离采样直流功率计旨在解决电池组测试过程中总电压、总电流采样不同步，造成功率、安时和瓦时计量不准确的问题，同时采用了先进的∑-Δ模数转换技术以及优化的隔离措施，简化了采样电路隔离设计的中间环节，确保了采样测量的高线性度，从而满足了在宽电压、大电流全量程范围内电压、电流、功率、安时和瓦时测量的高精度要求。

本发明的整体结构包括：硬件看门狗、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列（FPGA）、存储单元、左光隔离开关、右光隔离开关、左二阶∑-Δ调制器、右二阶∑-Δ调制器、电阻分压档位切换电路、差分运放档位切换电路，所述电阻分压档位切换电路、差分运放档位切换电路、现场可编程门阵列（FPGA）与数字信号处理器(DSP)构成控制系统。

所述硬件看门狗、存储单元分别与DSP连接，所述左光隔离开关、右光隔离开关分别与FPGA连接，所述FPGA与DSP连接，所述左二阶∑-Δ调制器、右二阶∑-Δ调制器分别与FPGA连接，所述电阻分压档位切换电路与左二阶∑-Δ调制器连接，所述差分运放档位切换电路与右二阶∑-Δ调制器连接，所述左光隔离开关与电阻分压档位切换电路连接，所述右光隔离开关与差分运放档位切换电路连接。

所述DSP、FPGA进行模拟信号采样控制和FIR数字滤波，DSP通过左光隔离开关和右光隔离开关实现对电阻分压档位切换电路、差分运放档位切换电路的控制，电压通过电阻分压档位切换电路分档，电流通过差分运放档位切换电路分档，此外本发明增加了硬件看门狗确保了不正常工作时的复位，最后，系统测量的AH、WH将会储存在存储单元中，所有测量参数将通过CAN总线与外部进行数据交换。