CN101144837A - 电压检测电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压检测电路，用于检测串联电池组中电池的电压。电压检测电路利用一分压电路将待测电池的电压分压，然后分压电压通过第一开关及第二开关的闭合向一电容充电。接着断开第一开关及第二开关，将第三及第四开关闭合，从而将电容上的电压转换为一对地电压。然后电容上的电压经过第三开关传送至一比较器，以与一参考电压做比较，进而检测待测电池的电压。

Description

电压检测电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种电压检测电路，尤其涉及一种用于检测串联电池组中的电池电压的检测电路及其方法。

背景技术

充电电池在使用上因为可以重复充电使用而相当经济方便。然而当充电电池充电时，须注意充电的保护，这样除了可以避免发生灾害外，也可以延长充电电池的寿命。

而电池充电的保护，不外乎在电池充电时监测电池上的充电电压，若发现电池过充电或过放电时，即发出停止充电或停止放电的信号来控制充放电电路，以使充电电池电压维持在可容许的范围，而保护充电电池的安全。

在一般的电池组中如果只有单一电池，要检测其电压则较为简单。只要利用分压电阻分出预定检测的电压值即可。然而在串联二组或二组以上的电池时，因为检测的电池并不是以同一接地端为参考接地点，所以取得一参考电压即是电池保护设计中的重点。

然而在现有的串联电池组电压监测电路，如图1中的现有电压检测电路的电路图所示，在串接电池组上欲检测电池B₁的检测电压V_B1，是利用一减法器电路S接收电池B₁的电压V₁，以及接收串接于电池B₁的下一级电池B₂的电压V₂。电压V₁及电压V₂经过减法器电路S中电阻R及运算放大器O_p的运算后，即产生电池B₁的电压V_B1，其值为电压V₁减电压V₂的电压值。以此类推检测电池B₂的检测电压V_B2，便取电池B₂的电压V₂与串接于电池B₂的下一级电池B₃(图未示)的电压V₃(图未示)来运算。在得知各电池电压后，再根据该些电压判断对应的电池是否有过充电或过放电的情形。

然而现有的串联电池组电压监测电路所检测出来的电压会因为互相抵销产生误差而较不准确，这将会影响过充电及过放电的判断；且由减法器电路所组成的电压监测电路其面积较大，造成相关应用电路在设计上的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一较准确的电池撷取电压，及较节省电路面积的设计，以监测待测电池的电压。

本发明提供一种电压检测电路，包括多个电压检测单元，分别连接一待测电池。而该电压检测单元包括一分压电路，连接于该待测电池的两端；一第一开关，其一端连接于该待测电池，以控制该待测电池的一分压电压的传输；一第二开关，其一端连接于该分压电路，以控制该待测电池与该分压电路间的电压的传送；一电容，连接于该第一开关的另一端与该第二开关的另一端，通过该第一开关与该第二开关来充电；一第三开关，其一端连接于该第一开关与该电容之间；一第四开关，其一端连接于该第二开关与该电容之间，另一端连接于一地端；及一比较器，连接于该第三开关的另一端，通过该第三开关接收该电容上的电压，通过比较该电容上的电压与一参考电压，以检测该待测电池的电压状况。

本发明另提供一种电压检测电路，包括一第一电压选择器，连接于多个待测电池，以撷取其中之一的待测电池的电压；一第二电压选择器，连接于多个待测电池，对应该第一电压选择器，以撷取其中之一的待测电池的电压；及一电压检测单元，连接于该第一电压选择器及该第二电压选择器，以接收并检测该待测电池的电压。

本发明又提供一种电压检测方法，包括步骤：首先撷取一待测电池的电压；接着将该待测电池的电压分压以产生一分压电压；然后撷取该分压电压；再来便将该分压电压转换为一对地的电压；最后将该对地电压与一参考电压做比较，以检测该待测电池的电压状况。

为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，应当可以由此得到深入且具体的了解，然而所述附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为现有电压检测电路的电路图；

图2为本发明电压检测电路第一较佳实施例的电路图；

图3为本发明电压检测电路第一较佳实施例开关动作的电路示意图；

图4为本发明电压检测电路第一较佳实施例开关动作的电路示意图；

图5为本发明电压检测电路第一较佳实施例的时序图；

图6为本发明电压检测电路第二较佳实施例的功能方块图；及

图7为本发明电压检测方法流程图。

图中

第一电压选择器61

第二电压选择器62

电压检测单元63

时钟控制单元64

电池保护单元65

电池B₁、B₂....Bn-1、Bn

电压V_B1、V₁、V₂

减法器电路S

运算放大器O_p

第一电阻R₂₁、R₁₁

第二电阻R₂₂、R₁₂

第一开关S₂₁、S₁₁

第二开关S₂₂、S₁₂

第三开关S₂₃、S₁₃

第四开关S₂₄、S₁₄

电容C₁、C₂

比较器D₁、D₂

参考电压V_ref

第一电压检测单元T₁

第二电压检测单元T₂

第三电压检测单元T₃

第四电压检测单元T₄

分压电路P₂

具体实施方式

请参见图2，为本发明电压检测电路第一较佳实施例的电路图。如图所示，本发明电压检测电路包括多个电压检测单元，包括最接近地端的第一电压检测单元T₁、第二电压检测单元T₂...。而每一电压检测单元对应连接一待测电池，该些电池可为一锂离子电池或一镍镉电池。接下来以第二电压检测单元T₂为例解释说明如下。

第二电压检测单元T₂包括一分压电路P₂、第一开关S₂₁、第二开关S₂₂、第三开关S₂₃、第四开关S₂₄、电容C₂、比较器D₂及一参考电压V_ref。其中分压电路P₂利用第一电阻R₂₁及第二电阻R₂₂当作分压电阻(本发明不限于以分压电阻做分压的手段)，连接于待测电池B₂的两端，接收待测电池B₂的电压并予以分压，以产生待测电池B₂的分压电压。而第一开关S₂₁的一端连接于第一电阻R₂₁及第二电阻R₂₂间，第二开关S₂₂的一端连接于待测电池B₂与第二电阻R₂₂间，电容C₂位于第一开关S₂₁的另一端及第二开关S₂₂的另一端之间，通过第一开关S₂₁及第二开关S₂₂的闭合(on)以使电容C₂撷取待测电池B₂的分压电压。而第三开关S₂₃的一端连接于第一开关S₂₁及电容C₂之间，另一端连接到比较器D₂。第四开关S₂₄的一端连接于第二开关S₂₂与电容C₂之间，另一端接地。比较器D₂的正输入端连接于第三开关S₂₃，比较器D₂的负输入端连接参考电压V_ref。比较器D₂通过第三开关S₂₃及第四开关S₂₄接收一对地电压，并将该对地电压与参考电压V_ref做比较，即可得知待测电池B₂的电压状况。其中对地的电压为待测电池B₂的分压电压，通过断开(off)第一开关S21及第二开关S22后，闭合(on)第三开关S23及第四开关S24来转换而成。而参考电压V_ref可为待测电池B₂的一过充电参考电压或一过放电参考电压，以于比较器D₂中与该对地电压比较后得知待测电池B₂是否有过充电或过放电的情况。同理于第一电压检测单元T₁检测待测电池B₁是否有过充或过放电的情况，以及第n电压检测单元检测待测电池B_n是否有过充电或过放电的情况。

接下来介绍电容C₂如何撷取待测电池B₂的分压电压，以及将分压电压转换为一对地电压来与参考电压比较的工作原理。请参见图3，为本发明电压检测电路第一较佳实施例开关动作的电路示意图。如图所示，当分压电路P₂中第一电阻R₂₁及第二电阻R₂₂将待测电池B₂分压后，第二电压检测单元T₂通过一时钟控制单元(图未示)将第一开关S₂₁及第二开关S₂₂闭合(on)，以撷取待测电池B₂的分压电压至电容C₂上。接着时钟控制单元便将第一开关S₂₁及第二开关S₂₂断开(off)，再将第三开关S₂₃及第四开关S₂₄闭合(on)，由于第四开关S₂₄闭合(on)后接地，如图4，为本发明电压检测电路第一较佳实施例开关动作的电路示意图所示，电容C₂上的电压即为一对地电压。同时电容C₂上的电压透过第三开关S₂₃将对地电压传送至比较器D₂。而比较器D₂便将待测电池B₂的分压电压所转换的对地电压与参考电压V_ref做比较。若要检测待测电池B2是否过充电，可将参考电压V_ref设为一过充电参考电压，所以当透过第三开关S₂₃所传来的对地电压大于参考电压V_ref，则表示待测电池B₂过充电。若要检测待测电池B₂是否过放电，可将参考电压V_ref设为一过放电参考电压，所以当透过第三开关S₂₃所传来的对地的电压小于参考电压V_ref，则表示待测电池B₂过放电。而第二电压检测单元T₂的输出可连接一电池保护电路(图未示)，电池保护电路可为过充电保护电路及/或过放电保护电路。当第二电压检测单元T₂检测待测电池B₂过充电，便输出一过充电信号给过充电保护电路，以保护待测电池B₂。当第二电压检测单元T₂检测待测电池B₂过放电，便输出一过放电信号给过放电保护电路，以保护待测电池B₂。

然而只要适当的设定分压电路P₂的第一电阻R₂₁及第二电阻R₂₂的分压比例，即可得到一适当的电压与参考电压做比较，进而得知待测电池的电压状况。例如，若要检测待测电池B₂是否超过4.45V，其参考电压V_ref为一过充电参考电压1.25V。而此时待测电池B₂正端电压为10V，负端电压为5V，此时经过第一电阻R₂₁及第二电阻R₂₂分压后的分压电压为6.45V。当第一开关S₂₁及第二开关S₂₂闭合时，使电容C2充电。经过一段时间后将第一开关S₂₁及第二开关S₂₂断开，再将第三开关S₂₃及第四开关S₂₄闭合，此时因为透过第四开关S₂₄接地的关系，电容C₂的电压变为1.45V。然后便将电容C₂的电压1.45V传送到比较器D₂与一参考电压1.25比较。结果电容C₂的电压大于参考电压1.25，表示待测电池B₂已过充电，进而输出一过充电信号。

接着请参见图5，为本发明电压检测电路第一较佳实施例的时序图。如图所示为四个电压检测单元的例子，包括第一电压检测单元T₁、第二电压检测单元T₂、第三电压检测单元T₃及第四电压检测单元T₄。图中可观察到第一电压检测单元T₁、第二电压检测单元T₂、第三电压检测单元T₃及第四电压检测单元T₄轮流检测其对应的待测电池，所以本发明电压检测电路是利用一计数量等于该些电压检测单元数量的计数器(图未示)来让这些电压检测单元独立检测这些待测电池。如本例四个电压检测单元T₁、T₂、T₃及T₄，便需要计数量为四的计数器来计数，以达到轮流检测的机制(polling)。而图中亦表示了第二电压检测单元T₂中各开关的动作关系，当轮到第二电压检测单元T₂检测待测电压B₂的电压时，第一开关S₂₁及第二开关S₂₂先闭合(on)以撷取分压电压。接着于第一开关S₂₁及第二开关S₂₂断开(off)后，再将第三开关S₂₃及第四开关S₂₄闭合，以将所撷取的分压电压转为一对地电压提供给比较器D₂。而先前提到各开关的动作由一时钟控制单元来控制，其时钟控制单元为一非重迭的时钟控制单元，以使每个开关动作完成才执行下一开关的动作。同理其它三个电压检测单元T₁、T₃及T₄中的开关动作亦如第二电压检测单元T₂所述。

请参见图6，本发明电压检测电路第二较佳实施例的功能方块图。如图所示本电压检测电路包括一第一电压选择器61、一第二电压选择器62、电压检测单元63、时钟控制单元64及一电池保护单元65。图中每颗电池B₁至B_n的正端及负端皆分别连接至第一电压选择器61及一第二电压选择器62，通过第一电压选择器61及一第二电压选择器62撷取待测电池B₁至B_n的电压以提供给电压检测单元63。电压检测单元63和上述第一较佳实施例的电压检测单元相同，连接于第一电压选择器61及一第二电压选择器62以接收待测电池B₁至B_n其中之一的电压。电压检测单元63由内部的第一电阻连接于第一电压选择器61，而第二电阻接于第二电压选择器62。而时钟控制单元64连接于电压检测单元63以控制内部的开关，及连接于第一电压选择器61及一第二电压选择器62以选择待测电池B₁至B_n其中之一并撷取其电压。电压检测单元63的动作原理和上述的第一较佳实施例的电压检测单元相同，并连接一电池保护单元65，电池保护单元65可为过充电保护电路、过放电保护电路，或过充电及过放电保护电路。当电压检测单元63检测待测电池(B₁至B_n其中之一)过充电，便输出一过充电信号给过充电保护电路，以保护待测的电池。当电压检测单元63检测待测电池(B₁至B_n其中之一)过放电，便输出一过放电信号给过放电保护电路，以保护待测的电池。

最后请参见图7，为本发明电压检测方法流程图。综上所述，本发明的流程首先撷取一待测电池的电压(如图步骤S701)。接着将所撷取的待测电池的电压分压，而产生一分压电压(如图步骤S703)。然后利用一电容撷取该分压电压(如图步骤S705)。利用各开关的动作将该电容上的分压电压转为一对地电压(如图步骤S707)。最后将电容上对地电压传送至比较器，利用比较器去比较电容上对地电压与一参考电压，以检测待测电池的电压情况(如图步骤S709)。若参考电压为过充电的参考电压，则检测该待测电池是否过充电；若参考电压为过放电的参考电压，则检测该待测电池是否过放电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例的详细说明与图例，本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以本发明的权利要求书为准，凡符合本发明的的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该技术领域的技术人员在本发明的领域内，可轻易想到的变化或修饰都可涵盖在本发明的权利要求要求保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种电压检测电路，其特征在于，包括：

多个电压检测单元，分别连接一待测电池，所述电压检测单元包括：

一分压电路，连接于该待测电池的两端；

一第一开关，其一端连接于该分压电路，以控制该待测电池的一分压电压的传送；

一第二开关，其一端连接于该分压电路，以控制该待测电池与该分压电路间的电压的传送；

一电容，连接于该第一开关的另一端与该第二开关的另一端，通过该第一开关与该第二开关来充电；

一第三开关，其一端连接于该第一开关与该电容之间；

一第四开关，其一端连接于该第二开关与该电容之间，另一端连接于一地端；及

一比较器，连接于该第三开关的另一端，透过该第三开关接收该电容上的电压，通过比较该电容上的电压与一参考电压，以检测该待测电池的电压。

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，该参考电压为该待测电池的一过充电参考电压。

3.如权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，该电容上的电压大于该参考电压，该比较器输出一过充电的信号。

4.如权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于，该比较器的输出连接一过充电保护电路，该过充电保护电路接收该过充电的信号以保护该待测电池。

5.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，该参考电压为该待测电池的一过放电参考电压。

6.如权利要求5所述的电压检测电路，其特征在于，该电容上的电压小于该参考电压，该比较器输出一过放电的信号。

7.如权利要求6所述的电压检测电路，其特征在于，该比较器的输出连接一过放电保护电路，该过放电保护电路接收该过放电的信号以保护该待测电池。

8.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关由一时钟控制单元来控制。

9.如权利要求8所述的电压检测电路，其特征在于，该时钟控制单元为一非重迭的时钟控制单元。

10.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，该些电压检测单元通过一计数量等于该些电压检测单元数量的计数器来控制，以独立检测该些待测电池。

11.一种电压检测方法，其特征在于，包括步骤：

撷取一待测电池的电压；

将该待测电池的电压分压以产生一分压电压；

撷取该分压电压；

将该分压电压转换为一对地电压；及

将该对地电压与一参考电压做比较，以检测该待测电池的电压。

12.如权利要求11所述的电压检测方法，其特征在于，该分压电压利用一电容通过闭合一第一开关及一第二开关来撷取。

13.如权利要求12所述的电压检测方法，其特征在于，该对地电压是将该第一开关及该第二开关断开，再将一第三开关及一第四开关闭合来将该分压电压转换为该对地电压。

14.如权利要求11所述的电压检测方法，其特征在于，该参考电压为该待测电池的一过充电参考电压或一过放电参考电压，以于该对地电压与该参考电压做比较后，得知该待测电池是否有过充或过放电的情况。

15.一种电压检测电路，其特征在于，包括：

一第一电压选择器，连接于多个待测电池，以撷取其中之一该待测电池的一端电压；

一第二电压选择器，连接于多个待测电池，对应该第一电压选择器，撷取该待测电池的另一端电压及

一电压检测单元，连接于该第一电压选择器及该第二电压选择器，以接收并检测该待测电池的电压，该电压检测单元包括：

一分压电路，连接于该待测电池的两端；

一第一开关，其一端连接于该分压电路，以控制该待测电池的一分压电压的传送；

一第二开关，其一端连接于分压电路，以控制该待测电池与该分压电路间的电压的传送；

一电容，连接于该第一开关的另一端与该第二开关的另一端，通过该第一开关与该第二开关来充电；

一第三开关，其一端连接于该第一开关与该电容之间；

一第四开关，其一端连接于该第二开关与该第二开关之间，另一端连接于一地端；及

一比较器，连接于该第三开关的另一端，通过该第三开关接收该电容上的电压，通过比较该电容上的电压与一参考电压，以检测该待测电池的电压。

16.如权利要求15所述的电压检测电路，其特征在于，进一步包括一时钟控制单元，连接于该电压检测单元以控制该第一开关、该第二开关、该第三开关及该第四开关。

17.如权利要求15所述的电压检测电路，其特征在于，该第一电压选择器及该第二电压选择器通过一时钟控制单元来控制，以从该些待测电池中选择一个待测电池，并撷取该待测电池的电压。

18.如权利要求15所述的电压检测电路，其特征在于，该电压检测单元连接一过充电或一过放电保护电路，以保护该些待测电池。

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