CN100440683C - 电池供电的设备 - Google Patents

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Abstract

一种电池供电的设备，包括：电池；恒压电源，其从电池两端的电池电压衍生出恒压；以及微型计算机，其中并入了一个或多个A/D转换器，并且具有用于该A/D转换器的端子和电源输入端。该微型计算机经由电源输入端与电池相连接，以使用该电池电压作为其电源电压。转换器经由转换器的端子中的特定端子与恒压电源相连接，以使用该恒压作为转换器的电压。

Description

电池供电的设备
技术领域
本发明涉及电池供电的设备，其使用电池作为它们的电源以驱动负载，尤其涉及包括并入了一个或多个A/D转换器的微电脑(微型计算机)的电池供电的设备。
背景技术
例如，当这种类型的电池供电的设备并入电动剃须刀、便携式电话等中时，它们通常配备有微型计算机以便实现多种功能。
在日本公开专利出版物H07-325633中作为现有技术描述的电子设备利用电池、与该电池相连的稳压器(regulator)(3-端子稳压器)、以及包括微型计算机(CPU)并且与稳压器的输出相连的主电路构造。在该电子设备中，稳压器从电池两端的电池电压衍生出恒压，以便向主电路提供该恒压作为操作电源。通常，由于稳压器的操作效率(稳压损失)，作为稳压器输出电压的恒压低于作为其输入电压的电池电压。由于此，当电池电压降低而且在电池电压和恒压之间的差值变小时，存在有这样的情况，其中即使电池电压高于主电路的最小操作电压，恒压也变为低于该最小操作电压。在这样的情况下，因为尽管电池本身可以提供高于最小操作电压的电池电压，但是主电路不能操作，所以必须将该电池更换为新的电池或者对该电池重新充电。
日本公开专利出版物H07-325633中描述的电池供电的设备包括电池、稳压器和主电路以及上述电子设备，并且还包括检测电路和转换电路。检测电路检测稳压器的输出电压。转换电路根据来自主电路的控制信号将电池的输出或者稳压器的输出连接到主电路。主电路具有控制电路(微型计算机)，其基于由检测电路所检测的输出电压向转换电路发出控制信号。即，当输出电压值在主电路的规定值范围之内时，控制电路发出LOW信号(作为控制信号)，用于将该主电路的电源切换到稳压器的输出。相反地，当输出电压值低于该规定值范围时，控制电路发出HIGH信号(作为控制信号)，用于将该主电路的电源切换到电池的输出。根据这个配置，因为如果由检测电路所检测到的输出电压值低于规定值范围，则将用于主电路的电源切换到电池的输出，所以与仅仅用稳压器的输出作为主电路的电源的方式相比，有可能延长设备的可用时间而不用更换电池或者对电池重新充电。
然而，因为上述传统的电池供电的设备需要转换电路，所以其电路配置变复杂了。此外，因为电池供电的设备在主电路的电源切换到电池的输出之后停止稳压器的操作，所以该设备不能使用并入微型计算机的一个或多个A/D转换器。因为由A/D转换器所使用的参考电压不能从稳压器中衍生出。
发明内容
本发明的目的是，使得有可能使用并入微型计算机的一个或多个A/D转换器而不使该电池供电的设备的电路配置复杂化，此外延长电池供电的设备的可用时间。
本发明中的电池供电的设备包括：电池；恒压电源，用于根据所述电池两端的电池电压而输出恒压；以及微型计算机，其中至少并入了模/数转换器，并且具有用于模/数转换器的端子和电源输入端，所述微型计算机经由所述电源输入端与所述电池相连接，以将所述电池电压用于所述微型计算机的电源电压，所述模/数转换器经由用于模/数转换器的所述端子中的特定端子而与所述恒压电源相连接，以将所述恒压用于：该模/数转换器所用的电压。
在本发明的一个方面，A/D转换器经由其作为特定端子的参考电压输入端连接到恒压电源，以使用该恒压作为用于其A/D转换的参考电压。
在本发明的另一个方面，所述微型计算机具有所述模/数转换器的模拟输入端，其中，所述模拟输入端是所述特定端子，并且，所述参考电压输入端是用于该模/数转换器的所述端子中的另一个端子；以及所述模/数转换器经由所述模拟输入端与所述恒压电源相连接，以将所述恒压用于所述模/数转换器的模/数转换的输入电压，并且还经由所述参考电压输入端与所述电池相连接，以将所述电池电压作为用于所述模/数转换器的模/数转换的参考电压。
本发明还可以包括指示电路，其根据微型计算机的控制而指示电池供电的设备的操作状态。微型计算机还具有控制端。指示电路与该控制端相连接以接收控制，并且还与电池相连接以使用该电池电压作为其电源电压。
本发明还可以包括电机，其与电池相连接以使用电池电压作为其电源电压。
在本发明的其它方面，电池为二次电池；而且恒压电源在对电池充电以及对电池放电时分别增加和降低恒压。
附图说明
现在将更详细地描述本发明的优选实施例。考虑到以下的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将变得更好理解，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的电池供电的设备的示意图；
图2是根据本发明的第二实施例的电池供电的设备的示意图；
图3是根据本发明的第三实施例的电池供电的设备的示意图；
图4是根据本发明的第四实施例的电池供电的设备的示意图；
图5是根据本发明的第五实施例的电池供电的设备的示意图。
图6是图1中的A/D转换器的特性曲线示例；以及
图7是图5中的A/D转换器的特性曲线示例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施例中的电池供电的设备1。如图1所示，电池供电的设备1是包括微型计算机10的设备(例如，电动剃须刀、便携式电话等)，并且还包括电池11和稳压器12。
电池11为例如二次电池(可充电电池)，但是不局限于此，并且可以是原电池(可自由使用的电池)。稳压器12为例如3-端子的稳压器，其从电池11两端的电池电压V11衍生出恒压V12(V11＞V12)。
微型计算机10中至少并入了A/D转换器100，并且具有诸如电源输入端#10、GND端#11、用于A/D转换器的端子等之类的端子。
A/D转换器100经由A/D转换器100的端子中的特定端子与稳压器12的正输出端相连接，以使用恒压V12作为A/D转换器100的电压。在第一实施例中，A/D转换器100经由作为特定端子的参考电压输入端#12(例如，内部模拟电路的电源端AVcc)与稳压器12的正输出端相连接，以使用恒压V12作为用于其A/D转换的参考电压Vref。
微型计算机10分别经由端子#10和#11与电池11的正端和负端相连接，以使用电池电压V11作为其用于操作的电源电压(Vcc)，并且根据存储器(未示出)中存储的有关操作的程序执行各种处理。例如，微型计算机10从A/D转换器100中获取流过设备1(例如，电动剃须刀等)的负载(例如，电机等)的电流、电池电压V11等等的数字数据，然后基于该数字数据执行对负载的驱动控制。
在图1中，I11为I10和I12的总和，其中I11是电池11中的电流消耗，I10是微型计算机10中的电流消耗而I12是稳压器12中的电流消耗。因此，与上述电子设备(现有技术)相比，稳压器12中的电流消耗减少了在微型计算机10中的电流消耗的量。一般稳压器的操作效率随着其输入电流的增加而下降，因此在现有技术中，稳压器的输入电压必须高于稳压器的输出电压。在第一实施例中，因为稳压器12中的电流消耗减少了，所以稳压器12可以产生直至低于现有技术中的电池电压的电池电压为止的恒压V12。因此，微型计算机可以在直至低于现有技术中的电池电压的电池电压下，使用A/D转换器100。
根据第一实施例，电池电压V11用作微型计算机10的电源电压Vcc，而恒压V12用作A/D转换的参考电压Vref，因此微型计算机10可以在使用A/D转换器100的同时驱动负载而不受稳压器12的操作效率的影响，直到电池电压V11下降到低于微型计算机10的操作电压范围的下限(最小操作电压)为止。此外，因为不需要上述传统的电池供电的设备中的检测电路和转换电路，所以除了延长电池供电的设备1的可用时间之外，还有可能使用并入微型计算机10中的A/D转换器100而没有使电池供电的设备1的电路配置复杂化。
图2示出了根据本发明的第二实施例的电池供电的设备2。如图2所示，电池供电的设备2包括几乎与第一实施例中的那些相同的微型计算机20、电池21和稳压器22，并且还包括指示电路23。此外，从微型计算机20的端子中选出根据微型计算机20的控制而接通(GND)和断开(Vcc)的端子#23，而且用端子#23作为用于控制指示电路23的控制端。
指示电路23被配置为根据微型计算机20的控制指示电池供电的设备2的操作状态。例如，电路23由限流电阻器231和LED(发光二极管)232构成，其中限流电阻器231的一端与电池21的正端子相连，而LED 232连接在电阻231的另一端和控制端#23之间。在这个配置中，当控制端#23与GND(#21)内部连接以接通时，则在指示电路23的两端施加电池21的电池电压，然后LED 232发光。相反地，当控制端#23与Vcc(#20)内部连接以断开时，LED 232熄灭。然而，不局限于此，指示电路23可以是LCD(液晶显示器)等。
当上述电子设备(现有技术)安装有如上所述的指示电路时，有两种配置。一种配置是指示电路连接在稳压器的输出和主电路中微型计算机的控制端之间。在这个配置中，因为在稳压器中的电流消耗增加了指示电路中的电流消耗的量，并且稳压器的操作效率降低了，所以设备的可用时间变得更短。
另一种配置是指示电路位于电池和稳压器之间以便与电池并联连接，而且将由微型计算机控制的开关元件(例如，NPN晶体管等)串联插入到指示电路中。提供了开关元件以便完全熄灭指示电路的LED。因为如果没有添加开关元件，则断开时施加到控制端的电压(Vcc)低于电池的电池电压，并且出现施加到指示电路上的电势差。为了省略开关元件，就需要使用具有控制端的专用微型计算机，其中在断开时将等于或者大于电池电压的电压施加到该控制端。因此，这个配置具有需要增加开关元件或者使用专用微型计算机的缺点。
根据第二实施例，因为电池21提供指示电路23中的电流消耗(I23)，所以与上述的一个配置相比，稳压器22中的电流消耗(I22)减少了I23。因此，稳压器22可以产生直至低于现有技术中的电池电压的电池电压为止的恒压，而且微型计算机20可以在直至低于现有技术中的电池电压的电池电压下使用A/D转换器。
图3示出了根据本发明的第三实施例的电池供电的设备3。如图3所示，电池供电的设备3包括几乎与第一实施例中的那些相同的微型计算机30、电池组31和稳压器32，并且还包括作为负载的电机34以及开关元件(例如，NPN晶体管等)35。此外，从微型计算机30的端子中选出根据微型计算机30的控制而接通(HIGH(高))和断开(LOW(低))的端子#34，而且用端子#34作为用于通过开关元件35控制电机34的驱动的控制端。
电机34与开关元件35串联连接，而电机34和开关元件35的串联组合与电池31并联连接。开关元件35的控制端(基极)与微型计算机30的控制端#34相连接。因此，当向控制端#34施加高电压以接通时，接通开关元件35，然后驱动电机34。相反，当向端子#34施加低电压以断开时，断开开关元件35然后停止电机34。
根据第三实施例，因为电机34与电池31相连接以使用电池31的电池电压作为其电源电压，所以稳压器32可以产生直至较低的电池电压为止的恒压，而且微型计算机30可以在直至较低的电池电压下使用其A/D转换器300。由于此，即使在电机34启动引起大电流和电池电压下降时，微型计算机30也可以稳定地操作和使用A/D转换器。
图4示出了根据本发明的第四实施例的电池供电的设备4。如图4所示，电池供电的设备4包括几乎与第三实施例中的那些相同的微型计算机40、电池41、电机44和开关元件45，并且包括与第三实施例的稳压器32不同的另外的连接检测器46和恒压电源42。电池41也是二次电池(例如，锂离子电池等)，其用由BC表示的分离的电池充电器(重新)充电。BC与微型计算机40的一个或多个端子(未示出)相连接，并且基于来自微型计算机40的信息(例如电池41的电池电压等)对电池充电。
此外，从微型计算机40的端子中选择用于输入接通(例如，LOW)或者断开(例如，HIGH)信号的端子#45，而且用端子#45作为用于输入连接检测器46的检测结果的端子。从微型计算机40的端子中选择根据微型计算机40的控制而接通(例如，HIGH)和断开(例如，LOW)的端子#46，而且用端子#46作为用于控制恒压电源42的控制端。从微型计算机40的端子中选择微型计算机40内的A/D转换器400的模拟输入端#47，而且端子#47与电池41的正端相连接。
连接检测器46被配置检测与BC的连接。例如，连接检测器46由检测开关461和上拉电阻462构成，其中检测开关461的一端和另一端分别与端子#45和电池41的负端相连接，而上拉电阻462连接在开关461的一端和施加有电池电压的电源输入端#40之间。因此，当接通开关461时，向端子#45提供表示与BC的连接的检测结果(LOW)。相反地，当断开开关461时，向端子#45提供表示与BC的断开的检测结果(HIGH)。
恒压电源42被配置为分别在电池41的充电和放电时，增加和降低作为其输出的恒压。例如，恒压电源42由3-端子稳压器421、3-端子稳压器422、和开关元件423构成，其中3-端子稳压器421从电池电压衍生出恒压V421，3-端子稳压器422从电池电压衍生出恒压V422(V421＞V422)。开关元件423根据来自控制端#46的控制信号，将恒压V421或者恒压V422施加到微型计算机40内的A/D转换器400的参考电压输入端#42。具体地说，当连接检测器46的检测结果为LOW时，微型计算机将例如高电压施加到控制端#46，然后开关元件423响应于该高电压将恒压V421施加到参考电压输入端#42。相反地，当检测结果为HIGH时，微型计算机40将例如低电压施加到控制端#46，然后开关元件423响应于该低电压将恒压V422施加到端子#42。
在对电池41充电时，电池电压低，但是将恒压V421施加到参考电压输入端#42，以便增加A/D转换器400的参考电压，因此提高了A/D转换的精确性，并且可以执行精确的A/D转换。特别是，因为在对锂离子电池充电时需要电池电压的高检测精确性，所以第四实施例是可用的。此外，在电池放电时，电池电压是足够高的电平，所以恒压V421切换为恒压V422，因此有可能在保持A/D转换精确性的同时，在直至较低的电池电压下使用A/D转换器400。
在修改的实施例中，BC包括电池充电控制IC(集成电路)等，并且通过电池41两端的电池电压等检测与电池41的连接，以便对电池41充电。此外，微型计算机40基于例如从电池充电控制IC发出的充电指示输出，确定电池41的充电和放电状态。
在另一个修改的实施例中，电机44为步进电机，而且微型计算机40包括用于该步进电机的控制器。控制器的端子与该步进电机相连接。
图5示出了根据本发明的第五实施例的电池供电的设备5。如图5所示，电池供电的设备5包括几乎与第一实施例中的那些相同的微型计算机50、电池51和稳压器52，而且微型计算机50具有A/D转换器500的模拟输入端#57作为A/D转换器500的端子中的特定端子，并且还具有A/D转换器500的参考电压输入端#57作为另一个端子。此外，A/D转换器500经由模拟输入端#57与稳压器52的正输出端相连，以使用稳压器52的恒压作为用于其A/D转换的输入电压，并且还经由参考电压输入端#52与电池51的正端相连接，以使用电池51的电池电压作为A/D转换的参考电压。在图5中，#50是微型计算机50的电源输入端。
在图1中，A/D转换器100经由参考电压输入端#12与稳压器12的正输出端相连接，并且在使用恒压V12作为参考电压Vref的同时，将施加到其模拟输入端(未示出)的模拟电压转换为数字值。这个数字值(DV)由下式给出：
DV＝(VAD/Vref)×R，
其中VAD是施加到模拟输入端的模拟电压，而R是A/D转换的分辨率。例如，如图6所示，当VAD＜Vref时，转换器100线性地响应于VAD(0.0，...，1.5...，3.0[V])而提供DV(0，...，512，...，1024)，其中R是1024(8位)，而Vref是3.0V。
在第五实施例中，转换器500在使用电池电压作为参考电压Vref的同时，将施加到模拟输入端#57的模拟电压(VAD)转换为数字值(DV)。例如，如图7所示，当VAD＜Vref时转换器500非线性地响应于Vref(1.5，...，3.0，...，6.0[V])而提供DV(1024，...，512，...，256)，其中R是1024(8位)，而VAD是1.5V。
根据第五实施例，稳压器52中的电流消耗(I52)减少了微型计算机50中的电流消耗量(I50)，因此稳压器52可以产生直至低于现有技术中的电池电压的电池电压为止的恒压。因此，微型计算机50可以在直至低于现有技术中的电池电压的电池电压下使用A/D转换器500。此外，有可能根据到参考电压输入端#52中的电池电压和到模拟输入端#57中的恒压之间的差值，获得电池电压的A/D转换值。
虽然已经参考某些优选实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明真正的精神和范围的情况下，本领域的那些技术人员可以进行许多修改和改变。

Claims (9)

1、一种电池供电的设备，包括：
电池；
恒压电源，用于基于所述电池两端的电池电压而输出恒压；以及
微型计算机，其中至少并入了模/数转换器，并且具有用于模/数转换器的端子和电源输入端，
所述微型计算机经由所述电源输入端与所述电池相连接，以将所述电池电压用于所述微型计算机的电源电压，
所述模/数转换器经由用于模/数转换器的所述端子中的特定端子而与所述恒压电源相连接，以将所述恒压用于：该模/数转换器所用的电压。
2、如权利要求1所述的电池供电的设备，其中，所述模/数转换器经由所述模/数转换器的作为所述特定端子的参考电压输入端而与所述恒压电源相连接，以使用所述恒压作为所述模/数转换器的模/数转换的参考电压。
3、如权利要求1所述的电池供电的设备，其中：
所述微型计算机具有所述模/数转换器的模拟输入端，并还具有所述模/数转换器的参考电压输入端，其中，所述模拟输入端是所述特定端子，并且，所述参考电压输入端是用于该模/数转换器的所述端子中的另一个端子；以及
所述模/数转换器经由所述模拟输入端与所述恒压电源相连接，以将所述恒压用于所述模/数转换器的模/数转换的输入电压，并且还经由所述参考电压输入端与所述电池相连接，以将所述电池电压作为用于所述模/数转换器的模/数转换的参考电压。
4、如权利要求2所述的电池供电的设备，还包括：指示电路，所述指示电路根据所述微型计算机的控制而指示所述电池供电的设备的操作状态，其中：
所述微型计算机还具有控制端；并且
所述指示电路与所述控制端相连接以接收所述控制，并且还与所述电池相连接以使用所述电池电压作为所述指示电路的电源电压。
5、如权利要求3所述的电池供电的设备，还包括：指示电路，所述指示电路根据所述微型计算机的控制而指示所述电池供电的设备的操作状态，其中：
所述微型计算机还具有控制端；并且
所述指示电路与所述控制端相连接以接收所述控制，并且还与所述电池相连接以使用所述电池电压作为所述指示电路的电源电压。
6、如权利要求2所述的电池供电的设备，还包括：电机，所述电机与所述电池相连接，以使用所述电池电压作为电机的电源电压，
其中所述电机与开关元件串联，同时电机和开关元件的串联组合与所述电池并联。
7、如权利要求3所述的电池供电的设备，还包括：电机，所述电机与所述电池相连接，以使用所述电池电压作为电机的电源电压，
其中所述电机与开关元件串联，同时电机和开关元件的串联组合与所述电池并联。
8、如权利要求2所述的电池供电的设备，其中：
所述电池是二次电池；并且
所述恒压电源在所述电池的充电和放电时，分别增加和减少所述恒压。
9、如权利要求3所述的电池供电的设备，其中：
所述电池是二次电池；并且
所述恒压电源在所述电池的充电和放电时，分别增加和减少所述恒压。
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