一種低功耗、低成本鋰電池電壓檢測(cè)電路及檢測(cè)方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低功耗、低成本鋰電池電壓檢測(cè)電路及其檢測(cè)方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著智能時(shí)代的到來(lái),便攜式電子產(chǎn)品的類(lèi)型越來(lái)越多。更多低價(jià)的產(chǎn)品如雨后春筍般涌現(xiàn),如移動(dòng)電源、便攜小風(fēng)扇、兒童玩具、多功能手電筒等。為了保護(hù)電池不過(guò)放與顯示電池電量,通常需要對(duì)電池電壓進(jìn)行測(cè)量。常用的測(cè)電池電壓的方法是采樣電阻分壓電路,如圖1所示,對(duì)電池電壓取樣,然后通過(guò)比較器或者模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)來(lái)得到電池電壓的范圍或者數(shù)值。
[0003]如圖2所示,用比較器的方法測(cè)電池電壓,只能測(cè)幾個(gè)大致的范圍,分辨率低,不能有效的保護(hù)電池,也不能在保持電路穩(wěn)定工作的前提下,最大程度發(fā)揮電池的續(xù)航能力。
[0004]為了獲得更高的電壓精度,目前普遍采用內(nèi)部集成ADC功能的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)單片機(jī)有兩種:一種是比較便宜的ADC參考電壓內(nèi)部連到單片機(jī)VCC端,另一種是比較貴的ADC參考電壓源可以外置(或內(nèi)置基準(zhǔn)源)的單片機(jī)。如果要使用前者,需要使用穩(wěn)壓芯片(LDO)將電池電壓穩(wěn)壓后,再供電給單片機(jī)電源電壓固定,才能通過(guò)采樣信號(hào)換算出電池電壓的值,如圖3所示。由于鋰電池電壓范圍在3.0?4.2V之間,而LDO的壓降普遍在0.7V以上,采用常用的2.7?5.5V工作范圍的單片機(jī)時(shí),鋰電池的工作電壓范圍要求3.4V以上,不能最大限度的利用電池的續(xù)航能力。因此為了有效的利用電池,工程師們不得不選用比較昂貴的內(nèi)置(或外置)ADC參考電壓源的單片機(jī)方案,如圖4所示。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種低功耗、低成本檢測(cè)鋰電池電壓檢測(cè)電路及其檢測(cè)方法。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路,包括穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機(jī)Ul ;
[0008]所述穩(wěn)壓管Dl —端連接電源,另一端分別連接至所述單片機(jī)Ul的ADC接口、及電阻R2 —端;
[0009]所述電阻R2的另一端連接至所述單片機(jī)Ul的1接口;
[0010]所述穩(wěn)壓電容C2并聯(lián)于所述穩(wěn)壓管Dl的兩端。
[0011]所述電阻R2的另一端接地。
[0012]所述穩(wěn)壓管Dl替換為電壓基準(zhǔn)源芯片。
[0013]所述電壓基準(zhǔn)源芯片為T(mén)L431。
[0014]如前所述一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)方法,當(dāng)需要采樣電池電壓,單片機(jī)的1輸出為低電平時(shí),穩(wěn)壓管Dl開(kāi)始工作,產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓值A(chǔ),單片機(jī)的ADC引腳轉(zhuǎn)換電阻R2上端點(diǎn)對(duì)地電壓的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C,設(shè)電池電壓為U,穩(wěn)壓管Dl兩端電壓為A,那么電壓采樣點(diǎn)的電壓為(U-A);由于ADC參考源接單片機(jī)VCC,因此VCC對(duì)應(yīng)的ADC值為ADC轉(zhuǎn)換的最大值B,假設(shè)ADC位數(shù)為n,則B等于2n_l ;通過(guò)單片機(jī)ADC引腳,得到采樣點(diǎn)的電壓(U-A)對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C ;根據(jù)兩個(gè)模擬電壓之比(U-A)/U,等于對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換值之比C/B,得到下面的關(guān)系式:
[0015](U-A) /U = C/B
[0016]式中A、B是固定的已知值,C是ADC的轉(zhuǎn)換值,那么可算得電源電壓U,
[0017]U = B*A/(B-C)0
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:可以利用帶ADC但是沒(méi)有參考電源的MCU,再通過(guò)外部增加穩(wěn)壓管或是基準(zhǔn)源,實(shí)現(xiàn)了對(duì)MCU電池供電電源的檢測(cè)。本發(fā)明檢測(cè)電池供電電源的方案精度高,且成本相對(duì)較低。并且這條檢測(cè)通路通過(guò)1 口接到地上,所以可以做到只是在檢測(cè)時(shí)候才消耗電流,從而實(shí)現(xiàn)了低功耗檢測(cè)的目的。
【【附圖說(shuō)明】】
[0019]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)之一電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是現(xiàn)有技術(shù)之二電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是現(xiàn)有技術(shù)之三電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是現(xiàn)有技術(shù)之四電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0025]如圖5所示,一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路,包括穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機(jī)Ul ;所述穩(wěn)壓管Dl —端連接電源,另一端分別連接至所述單片機(jī)Ul的ADC接口、及電阻R2 —端;所述電阻R2的另一端連接至所述單片機(jī)Ul的1接口 ;所述穩(wěn)壓電容C2并聯(lián)于所述穩(wěn)壓管Dl的兩端。
[0026]本發(fā)明是改進(jìn)需要LDO給單片機(jī)供電才能測(cè)電池電壓的方案(現(xiàn)有技術(shù)之三),通過(guò)將分壓電阻Rl換成穩(wěn)壓管Dl (或電壓基準(zhǔn)源芯片,如TL431等),即可省去LD0,也能測(cè)電池電壓。作為優(yōu)選地,把電R2的接地端接到單片機(jī)的1 口,可以大大的降低電池電壓檢測(cè)的功耗。
[0027]電池電壓檢測(cè)電路模塊由穩(wěn)壓管D1,穩(wěn)壓電容C2,限流電阻R2與帶有ADC功能的單片機(jī)Ul組成。當(dāng)需要采樣電池電壓,單片機(jī)的1輸出為低電平時(shí),穩(wěn)壓管Dl開(kāi)始工作,產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓值A(chǔ),單片機(jī)的ADC引腳轉(zhuǎn)換電阻R2上端點(diǎn)對(duì)地電壓的ADC數(shù)據(jù)C,就可以通過(guò)一定的換算公式,求出電池電壓值,當(dāng)測(cè)量完成后,單片機(jī)的1輸出為高或是高阻態(tài),穩(wěn)壓管Dl與電阻R2兩端等電位,電流消耗電流為零,從而實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)備低功耗的要求。
[0028]電壓計(jì)算推導(dǎo)如下:設(shè)電池電壓電壓為U (①③之間電壓),穩(wěn)壓管Dl兩端電壓為A (①②之間電壓),那么電壓采樣點(diǎn)②相對(duì)于③的電壓為(U-A)。由于ADC參考源接單片機(jī)VCC,因此VCC對(duì)應(yīng)的ADC值為ADC轉(zhuǎn)換的最大值B (如ADC位數(shù)為n,B等于2n_l)。通過(guò)單片機(jī)ADC引腳,可以得到采樣點(diǎn)②的電壓(U-A)對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C。根據(jù)兩個(gè)模擬電壓之比(U-A)/U,等于對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換值之比C/B,可得到下面的關(guān)系式:
[0029](U-A) /U = C/B
[0030]式中A、B是固定的已知值,C是ADC的轉(zhuǎn)換值,那么可算得電源電壓U,
[0031]U = B*A/(B_C)
[0032]補(bǔ)充說(shuō)明,根據(jù)等式(U-A)/U = C/B可知,U的精度只于A的穩(wěn)定度和C的精度相關(guān),電阻的精度與1 口內(nèi)阻的變化,并不會(huì)影響計(jì)算電源電壓的精度。此外穩(wěn)壓管Dl與電阻R2的位置也可以交換,但要實(shí)現(xiàn)低功耗的要求,需要單片機(jī)的1具有能直接驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓管的高電平輸出能力。
[0033]本發(fā)明利用帶ADC但是沒(méi)有參考電源的MCU,再通過(guò)外部增加穩(wěn)壓管或是基準(zhǔn)源,實(shí)現(xiàn)了對(duì)MCU電池供電電源的檢測(cè)。本發(fā)明檢測(cè)電池供電電源的方案精度高,且成本相對(duì)較低。并且這條檢測(cè)通路通過(guò)1 口接到地上,所以可以做到只是在檢測(cè)時(shí)候才消耗電流,從而實(shí)現(xiàn)了低功耗檢測(cè)的目的。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施用例而已,并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路,其特征在于: 包括穩(wěn)壓管Dl、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機(jī)Ul ; 所述穩(wěn)壓管Dl —端連接電源,另一端分別連接至所述單片機(jī)Ul的ADC接口、及電阻R2一端; 所述電阻R2的另一端連接至所述單片機(jī)Ul的1接口; 所述穩(wěn)壓電容C2并聯(lián)于所述穩(wěn)壓管Dl的兩端。2.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路,其特征在于:所述電阻R2的另一端接地。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路,其特征在于:所述穩(wěn)壓管Dl替換為電壓基準(zhǔn)源芯片。4.如權(quán)利要求3所述的一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路,其特征在于:所述電壓基準(zhǔn)源芯片為T(mén)L431。5.如權(quán)利要求1所述的一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)方法,其特征在于:當(dāng)需要采樣電池電壓,單片機(jī)的1輸出為低電平時(shí),穩(wěn)壓管Dl開(kāi)始工作,產(chǎn)生一個(gè)固定的電壓值A(chǔ),單片機(jī)的ADC引腳轉(zhuǎn)換電阻R2上端點(diǎn)對(duì)地電壓的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C,設(shè)電池電壓為U,穩(wěn)壓管Dl兩端電壓為A,那么電壓采樣點(diǎn)的電壓為(U-A);由于ADC參考源接單片機(jī)VCC,因此VCC對(duì)應(yīng)的ADC值為ADC轉(zhuǎn)換的最大值B,假設(shè)ADC位數(shù)為n,則B等于2n_l ;通過(guò)單片機(jī)ADC引腳,得到采樣點(diǎn)的電壓(U-A)對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C ;根據(jù)兩個(gè)模擬電壓之比(U-A) /U,等于對(duì)應(yīng)的ADC轉(zhuǎn)換值之比C/B,得到下面的關(guān)系式:(U-A) /U = C/B 式中A、B是固定的已知值,C是ADC的轉(zhuǎn)換值,那么可算得電源電壓U,U = B*A/ (B-C) ο
【專(zhuān)利摘要】一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測(cè)電路及其檢測(cè)方法,包括穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機(jī)U1;所述穩(wěn)壓管D1一端連接電源,另一端分別連接至所述單片機(jī)U1的ADC接口、及電阻R2一端;所述電阻R2的另一端連接至所述單片機(jī)U1的IO接口;所述穩(wěn)壓電容C2并聯(lián)于所述穩(wěn)壓管D1的兩端。所述電阻R2的另一端也可以接地。本發(fā)明利用帶ADC但是沒(méi)有參考電源的MCU,再通過(guò)外部增加穩(wěn)壓管或是基準(zhǔn)源,實(shí)現(xiàn)了對(duì)MCU電池供電電源的檢測(cè)。本發(fā)明檢測(cè)電池供電電源的方案精度高,且成本相對(duì)較低。并且這條檢測(cè)通路通過(guò)IO口接到地上,所以可以做到只是在檢測(cè)時(shí)候才消耗電流,從而實(shí)現(xiàn)了低功耗檢測(cè)的目的。
【IPC分類(lèi)】G01R31/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105044603
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510299784
【發(fā)明人】羅鑫, 胡如波
【申請(qǐng)人】福州瑞芯微電子有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月5日