一種低功耗、低成本鋰電池電壓檢測電路及檢測方法
【專利說明】
【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電路及其檢測方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著智能時代的到來，便攜式電子產(chǎn)品的類型越來越多。更多低價的產(chǎn)品如雨后春筍般涌現(xiàn)，如移動電源、便攜小風扇、兒童玩具、多功能手電筒等。為了保護電池不過放與顯示電池電量，通常需要對電池電壓進行測量。常用的測電池電壓的方法是采樣電阻分壓電路，如圖1所示，對電池電壓取樣，然后通過比較器或者模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)來得到電池電壓的范圍或者數(shù)值。
[0003]如圖2所示，用比較器的方法測電池電壓，只能測幾個大致的范圍，分辨率低，不能有效的保護電池，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功能的單片機來實現(xiàn)。這類單片機有兩種:一種是比較便宜的ADC參考電壓內(nèi)部連到單片機VCC端，另一種是比較貴的ADC參考電壓源可以外置(或內(nèi)置基準源)的單片機。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，再供電給單片機電源電壓固定，才能通過采樣信號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工作范圍的單片機時，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)問題在于提供一種低功耗、低成本檢測鋰電池電壓檢測電路及其檢測方法。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0007]一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測電路，包括穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機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替換為電壓基準源芯片。
[0013]所述電壓基準源芯片為TL431。
[0014]如前所述一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測電路的檢測方法，當需要采樣電池電壓，單片機的1輸出為低電平時，穩(wěn)壓管Dl開始工作，產(chǎn)生一個固定的電壓值A(chǔ)，單片機的ADC引腳轉(zhuǎn)換電阻R2上端點對地電壓的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，那么電壓采樣點的電壓為(U-A);由于ADC參考源接單片機VCC，因此VCC對應的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 ;通過單片機ADC引腳，得到采樣點的電壓(U-A)對應的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C ;根據(jù)兩個模擬電壓之比(U-A)/U，等于對應的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)點在于:可以利用帶ADC但是沒有參考電源的MCU，再通過外部增加穩(wěn)壓管或是基準源，實現(xiàn)了對MCU電池供電電源的檢測。本發(fā)明檢測電池供電電源的方案精度高，且成本相對較低。并且這條檢測通路通過1 口接到地上，所以可以做到只是在檢測時候才消耗電流，從而實現(xiàn)了低功耗檢測的目的。
【【附圖說明】】
[0019]下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[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電路，包括穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機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)明是改進需要LDO給單片機供電才能測電池電壓的方案(現(xiàn)有技術(shù)之三)，通過將分壓電阻Rl換成穩(wěn)壓管Dl (或電壓基準源芯片，如TL431等)，即可省去LD0，也能測電池電壓。作為優(yōu)選地，把電R2的接地端接到單片機的1 口，可以大大的降低電池電壓檢測的功耗。
[0027]電池電壓檢測電路模塊由穩(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Ul組成。當需要采樣電池電壓，單片機的1輸出為低電平時，穩(wěn)壓管Dl開始工作，產(chǎn)生一個固定的電壓值A(chǔ)，單片機的ADC引腳轉(zhuǎn)換電阻R2上端點對地電壓的ADC數(shù)據(jù)C，就可以通過一定的換算公式，求出電池電壓值，當測量完成后，單片機的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，從而實現(xiàn)了便攜式設(shè)備低功耗的要求。
[0028]電壓計算推導如下: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②相對于③的電壓為(U-A)。由于ADC參考源接單片機VCC,因此VCC對應的ADC值為ADC轉(zhuǎn)換的最大值B (如ADC位數(shù)為n，B等于2n_l)。通過單片機ADC引腳，可以得到采樣點②的電壓(U-A)對應的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C。根據(jù)兩個模擬電壓之比(U-A)/U，等于對應的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]補充說明，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，并不會影響計算電源電壓的精度。此外穩(wěn)壓管Dl與電阻R2的位置也可以交換，但要實現(xiàn)低功耗的要求，需要單片機的1具有能直接驅(qū)動穩(wěn)壓管的高電平輸出能力。
[0033]本發(fā)明利用帶ADC但是沒有參考電源的MCU，再通過外部增加穩(wěn)壓管或是基準源，實現(xiàn)了對MCU電池供電電源的檢測。本發(fā)明檢測電池供電電源的方案精度高，且成本相對較低。并且這條檢測通路通過1 口接到地上，所以可以做到只是在檢測時候才消耗電流，從而實現(xiàn)了低功耗檢測的目的。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施用例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測電路，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電路，其特征在于:所述穩(wěn)壓管Dl替換為電壓基準源芯片。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電路，其特征在于:所述電壓基準源芯片為TL431。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電路的檢測方法，其特征在于:當需要采樣電池電壓，單片機的1輸出為低電平時，穩(wěn)壓管Dl開始工作，產(chǎn)生一個固定的電壓值A(chǔ)，單片機的ADC引腳轉(zhuǎn)換電阻R2上端點對地電壓的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，那么電壓采樣點的電壓為(U-A);由于ADC參考源接單片機VCC，因此VCC對應的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 ；通過單片機ADC引腳，得到采樣點的電壓(U-A)對應的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)值C ;根據(jù)兩個模擬電壓之比(U-A) /U，等于對應的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
【專利摘要】一種低功耗、低成本的鋰電池電壓檢測電路及其檢測方法，包括穩(wěn)壓管D1、穩(wěn)壓電容C2、電阻R2、單片機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但是沒有參考電源的MCU，再通過外部增加穩(wěn)壓管或是基準源，實現(xiàn)了對MCU電池供電電源的檢測。本發(fā)明檢測電池供電電源的方案精度高，且成本相對較低。并且這條檢測通路通過IO口接到地上，所以可以做到只是在檢測時候才消耗電流，從而實現(xiàn)了低功耗檢測的目的。
【IPC分類】G01R31/36
【公開號】CN105044603
【申請?zhí)枴緾N201510299784
【發(fā)明人】羅鑫, 胡如波
【申請人】福州瑞芯微電子有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月5日