[发明专利]一种用于电动车辆的开关高电压采样电路

说明书

一种采样电路，监测电动车辆驱动中的高电压电平。电阻器梯形电路接收待采样的驱动电压并且提供足够的隔离以允许使用低成本的开关装置。N通道MOSFET连接在电阻器梯形电路和参考电阻之间。N通道MOSFET的源极端子和参考电阻之间的接点提供了适于输入到模拟‑数字转换器的采样电压输出。离散光电耦合器具有带有集电极和发射极的输出侧。集电极连接到电阻器梯形电路，以及发射极连接到N通道MOSFET的栅极端子并且通过负载电阻器连接到接地参考。

技术领域

本发明大体涉及监测电动车辆驱动装置中的高电压，具体涉及通过微控制器监测电池接触器开关，其不需要依赖昂贵的开关/隔离装置就能与高电压数字隔离。

背景技术

需要监测直流(DC，direct current)电源(如电池)和用于混合动力电动车辆或电动车辆的其他电驱动装置的元件以便使效率和性能最佳，同时也探测潜在故障。常用电池类型(如锂离子(Li-Ion)电池)使用大量堆叠在一起成为电池组以产生数百伏特的电池单元。由于涉及的高电压电平、堆叠中各个电池单元运行的中间电压的范围和需要的高精度水平，可靠地监测电池和电驱动系统的各种状态是很有挑战性的。

电池单元、电池组和相关装置的监测电压被主微控制器或微处理器用来执行电池管理和通信。一些被监测的主要部件包括将电池组连接到车辆负载(如驱动电动马达的逆变器)的电池接触器开关。主微控制器往往位于与其他车辆部件(如车辆系统/动力传动系统控制器或驱动器接口模块)连接的离散电池控制模块或离散电池控制箱中。必然地，主微控制器使用底盘地线作为其电压参考。底盘地线与设置在负电池总线的主电池参考相隔离。

部署在电池组或高电压系统中其他位置(如主接触器)的监测电路将负总线作为参考。因为监测电路连接在高电压域中，监测电路必须通过在高电压电池域和主微控制器的底盘地线域(即低电压域)之间提供数字隔离的跨域元件(domain-crossing element)来与主微控制器通信。

监测功能(如验证主接触器的状态)通常是不连续进行的。而当主微控制器需要检查接触器状态时，监测电路可选择地开启。间歇的检查减少了电力消耗并且减少了电路相互作用。然而，由于高电压环境，用于开关和隔离的半导体装置相对昂贵。例如，需要使用具有相对高的额定电压和高价格的photoMOS(MOSFET输出光电耦合器)开关和光电隔离器(opto-isolator)。保持如对接触器开关状态的完善检测的同时避免使用如此昂贵的部件是非常可取的。

发明内容

本发明的一个方面中，一种用来监测电动车辆驱动装置中高电压电平的采样电路。该电路包括包含多个串联电阻器的电阻器梯形电路(resistor ladder)，其中电阻器梯形电路的第一端连接以接收待采样的驱动电压。反向阻断二极管与电阻器梯形电路串联连接并且布置为根据驱动电压来传导采样电流。第一N通道MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的漏极端子连接到电阻器梯形电路与反向阻断二极管的串联组合。参考电阻连接在第一N通道MOSFET的源极端子与驱动电压的接地参考之间。第一N通道MOSFET的源极端子与参考电阻之间的接点提供适于输入到模拟-数字转换器的采样电压输出。离散光电耦合器(optocoupler)具有带有集电极和发射极的输出侧。集电极连接到电阻器梯形电路，并且发射极连接到第一N通道MOSFET的栅极端子并且通过负载电阻器连接到接地参考。

根据本发明，提供一种用于电动车辆驱动系统的接触器监测器，包含：

接触器，所述接触器适于将直流电源可选择地连接到用于所述驱动系统逆变器的电力总线；

电阻器梯形电路，所述电阻器梯形电路包含多个串联电阻器，其中所述电阻器梯形电路的第一端连接到所述电力总线；

反向阻断二极管，所述反向阻断二极管与所述电阻器梯形电路串联并且布置为根据所述直流电源来传导采样电流；