电压测量装置的制作方法

本发明的示例性实施例涉及一种用于测量电压的装置，更具体地，本发明的示例性涉及一种用于测量电压的装置，该装置可以在不增加adc的放大器的数量的情况下通过增加模数转换器(analog-to-digital converter，adc)的阶数，在测量电池单元等的电压时以小面积提高精度并减少测量时间。

背景技术：

1、通常，在电动汽车(electric vehicle，ev)和混合型电动汽车(hybrid ev，hev)中，电动马达由电池(或燃料电池)驱动。

2、因此，电池(或燃料电池)的每个电池单元的电压测量(或电压监测)对于电压控制(例如，用于最小化电池单元之间的电压差的电压平衡控制)是必需的。

3、在这种情况下，使用的电压测量电路通常采用以下方法：使用多路复用器(multiplexer，mux)选择多个电池单元中的一个，将高电压转换为低电压，然后使用模数转换器(adc)检测低电压的数字值。如上所述，在这种情况下，由于通常使用高电压元件以将高电压转换成低电压，因此电压测量电路的尺寸增大。因此，使用mux，但是构成mux的开关元件应该也形成为高电压元件。因此，存在用于测量电压增加和电池电压感测速度的装置在总体尺寸和成本方面受到限制的问题。

4、因此，如图1所示，本发明的发明人通过将高电压处理功能与adc功能集成而开发了一种采用能够使用低压元件而不是高电压元件的主adc的电压测量电路。然而，如图2所示，当为了提高电压测量精度和减少测量时间而增加adc的阶数时，电路配置所需的放大器amp数量就会增加，从而出现电路面积(尺寸)增加的问题。

5、因此，需要一种用于测量电压的装置，其具有增加adc的阶数而不增加放大器amp的数量的效果，并因此可以相对减小电路的尺寸(与增加放大器amp数量的情况相比)、增加电路的运行速度(以增加电压测量速度)，并提高电压测量精度。

6、本公开的背景技术公开于韩国专利登记号10-1527136(2015年6月2日登记，标题为“apparatus for diagnosing battery of electric vehicle and method thereof”(用于诊断电动车辆电池的装置及其方法))中。

技术实现思路

1、各实施例涉及一种用于测量电压的装置，当测量电池单元等的电压时，该装置可以通过增加模数转换器(adc)的阶数而不增加adc的放大器的数量，以小面积提高精度并减少测量时间。

2、在一个实施例中，一种用于测量电压的装置包括：主积分器电路，其被配置为通过根据控制器的控制信号进行的切换，来运行西格玛-德尔塔(sigma-delta)模数转换器(adc)电路的第一积分阶段；次积分器电路，其被配置为通过控制器的切换，来运行第二积分阶段；比较器，其被配置为比较通过主积分器电路和次积分器电路调制的最终电压；以及数字滤波器，其被配置为根据所述控制器的切换将所述比较器的输出延迟指定的时钟数目(number of clocks)，使延迟输出通过数模转换器(dac)，以将延迟输出反馈给所述主积分器电路和次积分器电路，并接收所述比较器的延迟输出信号作为输入，其中所述数字滤波器的输出为最终测量值。

3、在本公开中，所述西格玛-德尔塔adc可以包括用于积分器的放大器(amplifier，amp)，并且当所述主积分器电路运行时，所述放大器(amp)可用作所述主积分器电路的积分器的放大器(amp)，而当所述次积分器电路运行时，所述放大器(amp)可用作所述次积分器电路的积分器的放大器(amp)。

4、在本公开中，所述控制器可以输出st信号以操作所述主积分器电路，并输出nd信号以操作所述次积分器电路，主积分器电路可在所述st信号处于高段时运行，次积分器电路可在作为st信号的反相信号的nd信号处于高段时运行，由此使得所述控制器可以依次地运行所述主积分器电路和次积分器电路。

5、在本公开中，所述主积分器电路可以包括由第一切换电容器部分和所述放大器(amp)形成的积分电路；所述第一切换电容器部分可包括第一、第二和第三切换部分；所述第一切换部分可以包括具有共同连接到电池单元(cell)的正极(+)端子的第一接触点的第一和第二开关(sw1、sw2)，和具有共同连接到所述电池单元(cell)的负极(-)端子的第一接触点的第三和第四开关(sw3、sw4)；所述第一和第三开关(sw1、sw3)的第二接触点可被共同连接；所述第二和第四开关(sw2、sw4)的第二接触点可被共同连接；具有相同值的绝缘电容器(c1-1、c1-2)的一端可串联连接到所述第一和第三开关(sw1、sw3)的所述第二接触点以及所述第二和第四开关(sw2、sw4)的所述第二接触点；第五开关(sw5)和第六开关(sw6)可串联连接到所述绝缘电容器(c1-1、c1-2)的另一端，以连接到所述放大器(amp)的一个输入端子和另一个输入端子。

6、在本公开中，第一和第四开关(sw1、sw4)可以通过stx1信号同时接通/断开，第二和第三开关(sw2、sw3)可以通过作为stx1信号的反相信号的stx2信号同时接通/断开，并且第五和第六开关(sw5、sw6)可以通过所述st信号同时接通/断开。

7、在本公开中，所述第二切换部分可以包括第七开关(sw7)，其具有接收第二正测量电压(dac2p)的第一接触点；第八开关(sw8)，其具有用于接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有共同连接到所述第七开关(sw7)第二接触点的第二接触点；绝缘电容器(c3-1)，其一端连接到所述第七和第八开关(sw7、sw8)共同连接的所述第二接触点；第九开关(sw9)，其具有接收基准电压vcm的第一接触点，并且具有连接到所述绝缘电容器(c3-1)的另一端的第二接触点；以及第十开关(sw10)，其具有共同连接到所述第九开关(sw9)的第二接触点和所述绝缘电容器(c3-1)的另一端的第一接触点，并且具有连接到放大器(amp)的一个输入端子的第二接触点，其中，所述第二正测量电压(dac2p)可以是在所述st信号通过电压输出电路的第二d触发器延迟两个时钟之后，从第二dac(dac2)输出的正电压的反馈电压。

8、在本公开中，所述第七和第九开关(sw7、sw9)可以通过stq1信号同时接通/断开，所述第八和第十开关(sw8、sw10)可以通过stq2信号同时接通/断开。

9、在本公开中，所述第三切换部分可以包括第十一开关(sw11)，其具有接收第二负测量电压(dac2n)的第一接触点；第十二开关(sw12)，其具有用于接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有共同连接到所述第十一开关(sw11)第二接触点的第二接触点；绝缘电容器(c3-2)，其一端连接到所述第十一和第十二开关(sw11、sw12)共同连接的所述第二接触点；第十三开关(sw13)，其具有接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有连接到所述绝缘电容器(c3-2)的另一端的第二接触点；以及第十四开关(sw14)，其具有共同连接到所述第十三开关(sw13)的第二接触点和所述绝缘电容器(c3-2)的另一端的第一接触点，并且具有连接到放大器(amp)的另一个输入端子的第二接触点，其中，所述第二负测量电压(dac2n)可以是在所述st信号通过所述电压输出电路的第二d触发器延迟两个时钟之后，从第二dac(dac2)输出的负电压的反馈电压。

10、在本公开中，所述第十一和第十三开关(sw11、sw13)可以由stq1信号同时接通/断开，所述第十二和第十四开关(sw12、sw14)可以由stq2信号同时接通/断开，在所述主积分器电路运行时，当所述st信号处于高段时，可以输出stq1信号和stq2信号。

11、在本公开中，所述次积分器电路可以包括由第二切换电容器部分和所述放大器(amp)形成的积分电路；所述第二切换电容器部分可以包括第四、第五、第六、第七切换部分。所述第四切换部分可以包括第十七开关(sw17)，其具有第一接触点，所述第一接触点接收放大器正输出电压(voutp)；第十八开关(sw18)，其具有接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有共同连接到所述第十七开关(sw17)的第二接触点的第二接触点；绝缘电容器(c5-1)，其一端连接到所述第十七和第十八开关(sw17，sw18)共同连接的所述第二接触点；第十九开关(sw19)，其具有接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有连接到所述绝缘电容器(c5-1)的另一端的第二接触点；以及第二十开关(sw20)，其具有共同连接到所述第十九开关(sw19)的所述第二接触点和绝缘电容器(c5-1)的另一端的第一接触点，并且具有连接到放大器(amp)的一个输入端子的第二接触点。所述放大器正输出电压(voutp)可以是从所述放大器(amp)输出的正电压的反馈电压。

12、在本公开中，所述第十七和第十九开关(sw17、sw19)可以通过ndq1信号同时接通/断开，所述第十八和第二十开关(sw18、sw20)可以通过ndq2信号同时接通/断开。

13、在本公开中，所述第五切换部分可以包括第二十一开关(sw21)，其具有接收第一正测量电压dac1p的第一接触点；第二十二开关(sw22)，其具有用于接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有共同连接到所述第二十一开关(sw21)第二接触点的第二接触点；绝缘电容器(c6-1)，其一端连接到所述第二十一和第二十二开关(sw21、sw22)共同连接的所述第二接触点；第二十三开关(sw23)，其具有接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有连接到所述绝缘电容器(c6-1)的另一端的第二接触点；以及第二十四开关(sw24)，其具有共同连接到所述第二十三开关(sw23)的第二接触点和所述绝缘电容器(c6-1)的另一端的第一接触点，并且具有连接到放大器(amp)的一个输入端子的第二接触点，其中，所述第一正测量电压(dac1p)可以是在所述st信号通过所述电压输出电路的第一d触发器延迟一个时钟之后，从第一dac(dac1)输出的正电压的反馈电压。

14、在本公开中，所述第二十一和第二十三开关(sw21、sw23)可以通过ndq1信号同时接通/断开，所述第二十二和第二十四开关(sw22、sw24)可以通过ndq2信号同时接通/断开。

15、在本公开中，所述第六切换部分可以包括第二十六开关(sw26)，其具有接收放大器负输出电压(voutn)的第一接触点；第二十七开关(sw27)，其具有用于接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有共同连接到所述第二十六开关(sw26)第二接触点的第二接触点；绝缘电容器(c5-2)，其一端连接到所述第二十六和第二十七开关(sw26、sw27)共同连接的所述第二接触点；第二十八开关(sw28)，其具有接收基准电压vcm的第一接触点，并且具有连接到所述绝缘电容器(c5-2)的另一端的第二接触点；以及第二十九开关(sw29)，其具有共同连接到所述第二十八开关(sw28)的第二接触点和所述绝缘电容器(c5-2)的另一端的第一接触点，并且具有连接到放大器(amp)的另一个输入端子的第二接触点，其中，所述放大器负输出电压(voutn)可以是从放大器(amp)输出的负电压的反馈电压。

16、在本公开中，所述第二十六和第二十八开关(sw26、sw28)可以通过ndq1信号同时接通/断开，所述第二十七和第二十九开关(sw27、sw29)可以通过ndq2信号同时接通/断开。

17、在本公开中，所述第七切换部分可以包括第三十开关(sw30)，其具有接收第一负测量电压(dac1n)的第一接触点；第三十一开关(sw31)，其具有用于接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有共同连接到所述第三十开关(sw30)第二接触点的第二接触点；绝缘电容器(c6-2)，其一端连接到所述第三十和第三十一开关(sw30、sw31)共同连接的所述第二接触点；第三十二开关(sw32)，其具有接收基准电压(vcm)的第一接触点，并且具有连接到所述绝缘电容器(c6-2)的另一端的第二接触点；以及第三十三开关(sw33)，其具有共同连接到所述第三十二开关(sw32)的第二接触点和所述绝缘电容器(c6-2)的另一端的第一接触点，并且具有连接到放大器(amp)的另一个输入端子的第二接触点，其中，所述第一负测量电压(dac1n)可以是在所述st信号通过所述电压输出电路的第一d触发器延迟一个时钟之后，从第一dac(dac1)输出的负电压的反馈电压。

18、在本公开中，所述第三十和第三十二开关(sw30、sw32)可以通过ndq1信号同时接通/断开，所述第三十一和第三十三开关(sw31、sw33)可以通过ndq2信号同时接通/断开，并且在次积分器电路运行时，当nd信号处于高段时，可输出ndq1信号和ndq2信号。

19、在本公开中，电容器(c2-1)和第十五开关(sw15)串联地连接，并且可连接在所述放大器(amp)的一个输入端子和一个输出端子之间；电容器(c4-1)和第二十五开关(sw25)串联地连接，并且可以连接在所述一个输入端子和所述一个输出端子之间；复位开关可连接在所述一个输入端子和所述一个输出端子之间；电容器(c2-2)和第十六开关(sw16)串联地连接，并且可连接在所述放大器(amp)的另一个输入端子和另一个输出端子之间；电容器(c4-2)和第三十四开关(sw34)串联地连接，并且可连接在所述另一个输入端子和所述另一个输出端子之间；复位开关(rst)可连接在所述另一个输入端子和所述另一个输出端子之间。

20、在本公开中，用于测量电压的装置包括一个电压输出电路，其中所述电压输出电路包括：第一d触发器，其被配置为接收所述比较器的一个输出和另一个输出；第二d触发器，其连接到所述第一d触发器的一个输出端子和另一个输出端子；以及数字滤波器，其被配置为对从所述第二d触发器的一个输出端子和另一个输出端子输出的电压进行滤波和输出；第一dac(dac1)并联连接到所述第一d触发器的所述一个输出端子和所述另一个输出端子，以将第一正测量电压(dac1p)和第一负测量电压(dac1n)反馈到所述次积分器电路；第二dac(dac2)并联连接到所述第二d触发器的所述一个输出端子和所述另一个输出端子，以将第二正测量电压(dac2p)和第二负测量电压(dac2n)反馈到所述主积分器电路。