一种车载信号传输隔离电路及车辆的制作方法

1.本技术涉及车载电路技术领域，尤其涉及一种车载信号传输隔离电路及车辆。


背景技术：

2.目前，新能源汽车用电系统分高压供电侧和低压供电侧，高压供电侧设置有高压供电系统，高压供电系统主要包括高压动力电源，低压供电侧包括低压控制电源系统。电驱动系统mcu(微控制单元)由低压控制电源供电，低压控制电源负极与车架系统连接，电驱动系统功率单元由高压动力电源系统供电。电驱动系统正常运行，位于低压供电侧的mcu，需要采集位于高压动力电源系统的工作状态参数，以供整车系统控制使用。工作状态参数的信号传输采集回路，贯穿高压动力电源和低压控制电源系统，这些信号的直接传送将对高压电气系统电气绝缘强度造成影响，一旦发生失效，将严重影响新能源车辆安全，甚至威胁乘员安全。对相关信号传送采取适当的隔离措施，是保证电气安全的必要措施。
3.然而，现有的车载信号传输隔离电路的信号传输精度较低，影响整车系统控制。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种车载信号传输隔离电路及车辆，能够提高车载信号传输的精度，避免影响整车系统控制。
5.本技术实施例的第一方面，提供一种车载信号传输隔离电路，包括：
6.信号采集模块，设置于车辆的高压供电侧，用于采集所述车辆的高压供电系统的工作状态信号；
7.压频调制模块，用于将所述工作状态信号转换为频率信号；
8.光电耦合模块，用于将所述频率信号传输至所述车辆的低压供电侧；
9.频压解调模块，设置于所述低压供电侧，用于将所述频率信号转换为电压信号，得到接收电压信号；
10.所述信号采集模块与所述压频调制模块电连接，所述光电耦合模块分别与所述压频调制模块和所述频压解调模块电连接。
11.在一些实施方式中，所述光电耦合模块包括：
12.发光器件，与所述压频调制模块电连接；
13.光敏器件，与所述频压解调模块电连接；
14.所述发光器件和所述光敏器件均工作在开关区。
15.在一些实施方式中，所述频率信号包括频率信息和/或占空比信息，所述频率信号中不同的所述频率信息和/或不同的占空比信息代表不同的所述工作状态信号；
16.所述发光器件和所述光敏器件的开关频率用于传输不同的所述频率信息，所述发光器件和所述光敏器件的开关持续时间的占空比用于传输不同的所述占空比信息。
17.在一些实施方式中，所述车载信号传输隔离电路，还包括：
18.第一信号转换模块，设置于所述信号采集模块与所述压频调制模块之间，所述第
一信号转换模块用于将所述工作状态信号转换为电压信号，得到工作电压信号；
19.所述压频调制模块用于将所述工作电压信号转换为所述频率信号。
20.在一些实施方式中，所述车载信号传输隔离电路，还包括：
21.缓冲模块，设置于所述第一信号转换模块与所述压频调制模块之间，所述缓冲模块用于对所述工作电压信号进行阻抗匹配和/或滤波；和/或，
22.第一调制模块，设置于所述第一信号转换模块与所述压频调制模块之间，所述第一调制模块用于对所述工作电压信号进行放大和/或滤波。
23.在一些实施方式中，所述车载信号传输隔离电路，还包括：
24.第二调制模块，用于对所述接收电压信号进行放大和/或滤波；
25.模数转换模块，与所述第二调制模块电连接，所述模数转换模块用于接入微控制单元。
26.在一些实施方式中，所述工作电压信号的电压范围为0至5v；和/或，
27.所述频率信号的频率范围为0至10khz。
28.在一些实施方式中，所述工作状态信号包括所述高压供电系统的母线电压、母线电流和功率单元的温度。
29.在一些实施方式中，所述发光器件与所述光敏器件一一对应，一组所述发光器件和所述光敏器件在同一时刻用于传输一种所述工作状态信号对应的所述频率信号。
30.本技术实施例的第二方面，提供一种车辆，包括：
31.如第一方面所述的车载信号传输隔离电路。
32.本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路及车辆，利用光电耦合模块实现光电隔离，利用压频调制模块和频压解调模块实现光电耦合模块传输频率信号。利用压频调制模块将在高压供电系统的工作状态信号转换为频率信号，利用光电耦合模块从高压供电侧传输至低压供电侧，频压解调模块将接收到的频率信号转换为电压信号，完成信号传输。在保证高压供电系统安全的前提下，对高压供电系统的工作状态信号进行传输，具有信号传输实时性好，信号损失小，抗干扰能力强，电气绝缘强度高等优点。
附图说明
33.图1为本技术实施例提供的一种车载信号传输隔离电路的示意性结构框图；
34.图2为本技术实施例提供的另一种车载信号传输隔离电路的示意性结构框图；
35.图3为本技术实施例提供的又一种车载信号传输隔离电路的示意性结构框图。
具体实施方式
36.为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
37.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包
含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。
38.目前，新能源汽车用电系统分高压供电侧和低压供电侧，高压供电侧设置有高压供电系统，高压供电系统主要包括高压动力电源，低压供电侧包括低压控制电源系统。电驱动系统mcu由低压控制电源供电，低压控制电源负极与车架系统连接，电驱动系统功率单元由高压动力电源系统供电。电驱动系统正常运行，位于低压供电侧的mcu，需要采集位于高压动力电源系统的工作状态参数，以供整车系统控制使用。工作状态参数的信号传输采集回路，贯穿高压动力电源和低压控制电源系统，这些信号的直接传送将对高压电气系统电气绝缘强度造成影响，一旦发生失效，将严重影响新能源车辆安全，甚至威胁乘员安全。对相关信号传送采取适当的隔离措施，是保证电气安全的必要措施。然而，现有的车载信号传输隔离电路的信号传输精度较低，影响整车系统控制。
39.有鉴于此，本技术实施例提供一种车载信号传输隔离电路及车辆，能够提高车载信号传输的精度，避免影响整车系统控制。
40.本技术实施例的第一方面，提供一种车载信号传输隔离电路，图1为本技术实施例提供的一种车载信号传输隔离电路的示意性结构框图。如图1所示，本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路，包括：信号采集模块110、压频调制模块120、光电耦合模块200和频压解调模块310，信号采集模块110与压频调制模块120电连接，光电耦合模块200分别与压频调制模块120和频压解调模块310电连接。信号采集模块110设置于车辆的高压供电侧100，信号采集模块110用于采集车辆的高压供电系统的工作状态信号；压频调制模块120用于将工作状态信号转换为频率信号；光电耦合模块200用于将频率信号传输至车辆的低压供电侧300；频压解调模块310设置于低压供电侧300，频压解调模块310用于将频率信号转换为电压信号，得到接收电压信号。信号采集模块110可以用于采集车辆的高压供电侧运行中的电路、元器件或环境的相关数据，例如电压、电流、温度、湿度、电阻等数据，本技术实施例不作具体限定。信号采集模块110采集的车辆的高压供电侧100的高压供电系统的工作状态信号，可以反映高压供电系统在运行过程中的状态情况。压频调制模块120将工作状态信号转换为频率信号，频率信号可以通过光电耦合模块200传输至频压解调模块310，频压解调模块310设置于低压供电侧300，则光电耦合模块200可以实现电路的光电隔离，并将高压供电侧100的工作状态信号传输至低压供电侧300。且工作状态信号是以频率信号的形式传输。
41.需要说明的是，车辆的高压供电侧设置有高压供电系统，高压供电系统主要包括高压动力电源，高压动力电源主要用于提供车辆的行驶动力，低压供电侧包括低压控制电源系统。电驱动系统mcu由低压控制电源供电，低压控制电源负极与车架系统连接，电驱动系统功率单元由高压动力电源系统供电。电驱动系统正常运行，位于低压供电侧的mcu，需要采集位于高压动力电源系统的工作状态参数，以供整车系统控制使用。工作状态参数的信号传输采集回路，贯穿高压动力电源和低压控制电源系统，这些信号的直接传送将对高压电气系统电气绝缘强度造成影响，一旦发生失效，将严重影响新能源车辆安全，甚至威胁乘员安全。对相关信号传送采取适当的隔离措施，是保证电气安全的必要措施。然而，现有
的车载信号传输隔离电路的信号传输精度较低，影响整车系统控制。目前，电驱动系统mcu功率单元母线电压信号，功率单元温度信号采样后直接传输至控制单元，或经磁隔、线性光隔离传送至控制单元；信号直接传输，对高压动力系统电气绝缘造成威胁；磁隔离存在传输信号带宽窄，相应速度慢，抗干扰性差等缺点；经线性光隔离成本高，信号传输精度不高等缺点。
42.本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路，利用光电耦合模块200实现光电隔离，利用压频调制模块120和频压解调模块310实现光电耦合模块200传输频率信号。利用压频调制模块120将在高压供电系统的工作状态信号转换为频率信号，利用光电耦合模块200从高压供电侧100传输至低压供电侧300，频压解调模块310将接收到的频率信号转换为电压信号，完成信号传输。在保证高压供电系统安全的前提下，对高压供电系统的工作状态信号进行传输，具有信号传输实时性好，信号损失小，抗干扰能力强，电气绝缘强度高等优点。
43.在一些实施方式中，图2为本技术实施例提供的另一种车载信号传输隔离电路的示意性结构框图。如图2所示，光电耦合模块200包括：发光器件210和光敏器件220。发光器件210与压频调制模块120电连接；光敏器件220与频压解调模块310电连接；发光器件210和光敏器件220均工作在开关区。示例性的，发光器件210可以是发光二极管，光敏器件220可以是光敏三极管，发光二极管和光敏三级管的工作特性曲线均包括开关区和线性区，器件工作在线性区，电学性能处于稳定状态，电流与电压呈线性关系；器件工作在开关区，则器件工作在开启和关闭的临界区域，具有开启和关闭两种状态。
44.示例性的，发光器件210的开关状态可以控制光敏器件220的开关状态，发光器件210的开关频率可以用于表征频率信息，光敏器件220在发光器件210的开关影响下进行开关状态的切换，可以实现频率信息的接收，则通过发光器件210的开启和关闭状态的切换，可以发送频率信息，则光敏器件220可以通过开启和关闭状态的切换接收频率信息。发光器件210和光敏器件220的开关状态切换的不同频率可以用于传输携带有不同频率信息的频率信号。
45.示例性的，发光器件210的开启持续时间以及关闭持续时间可以表征信号的占空比信息，发光器件210的开启可以表征高电平，发光器件210的关闭可以保证低电平，则开启和关闭的切换可以形成方波，方波可以代表传输的信号，则开启持续时长以及关闭持续时长在一个方波周期内的占比可形成占空比信息，则发光器件210传输的信号可以携带有占空比信息。容易理解的是，光敏器件220可以在发光器件210的开启和关闭状态切换的影响下，进行开启和关闭状态的切换，可以实现传输信号的接收。发光器件210和光敏器件220的开关状态切换的不同持续时长可以用于传输携带有不同占空比信息的频率信号。
46.在一些实施方式中，频率信号可以包括频率信息和占空比信息中的至少一种，频率信号中不同的频率信息代表不同的工作状态信号，不同的占空比信息代表不同的工作状态信号。
47.示例性的，工作状态信号包括高压供电系统的母线电压、母线电流和功率单元的温度，功率单元可以包括绝缘栅双极型晶体管。则不同的母线电压可以用不同频率信息和不同的占空比信息中的至少一者来表征，不同的母线电流也可以用不同频率信息和不同的占空比信息中的至少一者来表征，不同的功率单元的温度可以用不同频率信息和不同的占空比信息中的至少一者来表征。
48.示例性的，母线电压5v可以用频率为3hz的频率信号来表征，母线电压4v可以用频率为2.6hz的频率信号来表征。
49.本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路，利用频率信号的形式，具体以频率和占空比的方波信号来传输工作状态信号，可以提高信号传输精度。另外，相较于工作在线性区的器件，本技术实施例提供的光电耦合模块的发光器件和光敏器件均工作在开关区，工作在开关区的器件比工作在线性区的器件成本低。
50.在一些实施方式中，图3为本技术实施例提供的又一种车载信号传输隔离电路的示意性结构框图。如图3所示，本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路，还包括：第一信号转换模块130、缓冲模块140、第一调制模块150、第二调制模块320和模数转换模块330。第一信号转换模块130设置于信号采集模块110与压频调制模块120之间，第一信号转换模块130用于将工作状态信号转换为电压信号，得到工作电压信号，为匹配单片机的工作电压，可以控制工作电压信号的电压范围为0至5v。信号采集模块110采集的工作状态信号的形式可以有多种，例如电流、电压、阻抗等，需要同一转换为电压信号，得到工作电压信号，便于信号传输。缓冲模块140设置于第一信号转换模块130与压频调制模块120之间，缓冲模块用于对工作电压信号进行阻抗匹配或滤波，可以通过运算放大器来实现阻抗匹配，可以降低电路信噪比，本技术实施例不作具体限定。第一调制模块150设置于第一信号转换模块130与压频调制模块120之间，第一调制模块150用于对工作电压信号进行放大或滤波，示例性的，可以通过负反馈电路滤波以降低信噪比，信号放大可以提高信号传输精度。压频调制模块120可以将工作电压信号转换为频率信号，频率信号的频率范围可以为0至10khz。
51.继续参考图3，频压解调模块310可以通过光电耦合模块200接收到频率信号，并将频率信号转换为电压信号，得到接收电压信号。第二调制模块320用于对接收电压信号进行放大或滤波，降低信号的信噪比，另外还可以便于后续信号分析。模数转换模块330与第二调制模块320电连接，模数转换模块330用于接入微控制单元340。模数转换模块330可将接收电压信号由模拟信号转换为数字信号，并传输至微控制单元340。微控制单元340可以对接收电压信号进行分析，对高压供电侧的运行情况进行监控，还可以根据接收电压信号发出对应的控制指令，例如降温指令或降压指令等。第二调制模块320可以将接收电压信号放大，得到0～5v的电压信号。
52.继续参考图3，信号采集模块110、压频调制模块120、第一信号转换模块130、缓冲模块140和第一调制模块150均由高压供电侧100供电，频压解调模块310、第二调制模块320、模数转换模块330和微控制单元340均由低压供电侧300供电。
53.需要说明的是，信号采集模块110采集的信号还可以包括其他信号，本技术实施例不作一一列举。
54.在一些实施方式中，发光器件210与光敏器件220一一对应，一个发光器件210与一个光敏器件220形成一组光电耦合组件，一组发光器件210和光敏器件220在同一时刻用于传输一种工作状态信号对应的频率信号。示例性的，一组光电耦合组件中的一个发光器件210与一个光敏器件220可以传输母线电压对应的信号；另一组光电耦合组件可以用于传输母线电流对应的信号；再一组法光电耦合组件可以用于传输功率单元的温度对应的信号。光电耦合模块200可以包括多组光电耦合组件。
55.需要说明的是，第一调制模块150和压频调制模块120可以整合为一个模块，频压
解调模块310与第二调制模块320可以整合为一个模块，本技术实施例不作具体限定。
56.示例性的，本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路的信号传输过程简述如下：
57.第一步，对位于高压供电侧100母线电压、母线电流、功率单元的温度等物理量进行信号采集提取。
58.第二步，利用第一信号转换模块130将采集提取的相应物理量分别转换为0～5v电压信号。
59.第三步，将转换为电压信号的母线电压、母线电流、功率单元的温度信号经缓冲模块140后送入第一调制模块150。
60.第四步，第一调制模块150对接收到的母线电压、母线电流、功率单元的温度等0～5v电压信号进行滤波或放大，压频调制模块120对调制后的信号分别进行压频变换，输出各个信号对应0～10khz的频率信号。
61.第五步，将转化为频率信号的母线电压、母线电流、功率单元的温度信号输出给光电耦合模块200。
62.至此，完成高压供电侧的母线电压、母线电流、功率单元的温度信号提取采集，并发送至低压供电侧300.
63.第六步，对通过光电耦合模块200的接收端接收到的与母线电压、母线电流、功率单元的温度等相对应的0～10khz频率调制信号，进行频压解调为电压信号，得到接收电压信号。
64.第七步，通过运放电路，对解调后的母线电压、母线电流、功率单元的温度等电压信号进行调理，转化为0～5v电压信号送入模数转换模块330。
65.本技术实施例提供的车载信号传输隔离电路，采用光电隔离的技术方案，以压频调制方法，在高压供电侧和低压供电侧之间传输母线电压、母线电流、功率单元的温度等信号，在保证高压动力电源系统与低压控制系统电气绝缘要求的基础上，实现高精度传输信号的目的。
66.本技术实施例的第二方面，提供一种车辆，包括：如第一方面所述的车载信号传输隔离电路。
67.第一方面提供车载信号传输隔离电路，包括：
68.信号采集模块，设置于车辆的高压供电侧，用于采集车辆的高压供电系统的工作状态信号；
69.压频调制模块，用于将工作状态信号转换为频率信号；
70.光电耦合模块，用于将频率信号传输至所述车辆的低压供电侧；
71.频压解调模块，设置于低压供电侧，用于将频率信号转换为电压信号，得到接收电压信号；
72.信号采集模块与压频调制模块电连接，光电耦合模块分别与压频调制模块和频压解调模块电连接。
73.在一些实施方式中，所述光电耦合模块包括：
74.发光器件，与压频调制模块电连接；
75.光敏器件，与频压解调模块电连接；
76.发光器件和光敏器件均工作在开关区。
77.在一些实施方式中，频率信号包括频率信息和/或占空比信息，频率信号中不同的所述频率信息和/或不同的占空比信息代表不同的工作状态信号；
78.发光器件和光敏器件的开关频率用于传输不同的频率信息，发光器件和光敏器件的开关持续时间的占空比用于传输不同的占空比信息。
79.在一些实施方式中，车载信号传输隔离电路，还包括：
80.第一信号转换模块，设置于信号采集模块与压频调制模块之间，第一信号转换模块用于将工作状态信号转换为电压信号，得到工作电压信号；
81.压频调制模块用于将工作电压信号转换为频率信号。
82.在一些实施方式中，车载信号传输隔离电路，还包括：
83.缓冲模块，设置于第一信号转换模块与压频调制模块之间，缓冲模块用于对工作电压信号进行阻抗匹配和/或滤波；和/或，
84.第一调制模块，设置于第一信号转换模块与压频调制模块之间，第一调制模块用于对工作电压信号进行放大和/或滤波。
85.在一些实施方式中，车载信号传输隔离电路，还包括：
86.第二调制模块，用于对接收电压信号进行放大和/或滤波；
87.模数转换模块，与第二调制模块电连接，模数转换模块用于接入微控制单元。
88.在一些实施方式中，工作电压信号的电压范围为0至5v；和/或，
89.频率信号的频率范围为0至10khz。
90.在一些实施方式中，工作状态信号包括高压供电系统的母线电压、母线电流和功率单元的温度。
91.在一些实施方式中，发光器件与所述光敏器件一一对应，一组发光器件和光敏器件在同一时刻用于传输一种工作状态信号对应的频率信号。
92.本技术实施例提供的车辆，车载信号传输隔离电路利用光电耦合模块实现光电隔离，利用压频调制模块和频压解调模块实现光电耦合模块传输频率信号。利用压频调制模块将在高压供电系统的工作状态信号转换为频率信号，利用光电耦合模块从高压供电侧传输至低压供电侧，频压解调模块将接收到的频率信号转换为电压信号，完成信号传输。在保证高压供电系统安全的前提下，对高压供电系统的工作状态信号进行传输，具有信号传输实时性好，信号损失小，抗干扰能力强，电气绝缘强度高等优点。
93.需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
94.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。
95.尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
96.显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书
的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。