CN101604006B - 电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压检测电路，用以检测电源的电压，包括微控制单元、升压电路以及多个分压电阻，而微控制单元包括通用输入/输出端口以及控制输入/输出端口。本发明利用升压电路提供的固定电压，并使用所述多个分压电阻依据该固定电压与该电源的电压产生判断电压。该通用输入/输出端口依据该判断电压而产生数字电位信号，使微控制单元可依据该数字电位信号而进行电源电压状态的提示动作。本发明的电压检测电路利用单纯的分压电阻的串、并联达到检测电压的功效，电路简单、体积小，可针对使用者的需求而增加提示信号，得以进一步地对电源进行控管，且最重要的是成本低廉。

Description

电压检测电路 

技术领域

本发明涉及一种电压电路，尤其涉及可检测电压范围的电压检测电路。 

背景技术

由于近年来环保意识逐渐提升，电量耗尽的电池必须回收而不可任意丢弃，其原因在于，电池内的电池液具有毒性以及腐蚀性，当无法提供电力的电池仍被安装于电子装置内时，电池内残余的微弱电力会缓慢地消耗，于所有电力完全消耗殆尽后，电池液会由电池内流出会腐蚀电子装置内部的电子电路。大多数使用者通常会将被腐蚀的电子装置以及电池丢弃，而当电池液溢出电子装置时，电池液会对环境造成很严重的污染。因此，市面上使用电池的电子装置大部分会设置有一电压检测装置，以检测电池电压而得知电池的残余电力，并依据残余电力的情况而提供不同的提示信号给使用者。 

请参阅图1，其为公知电压检测电路的电路结构示意图。电压检测电路10包括微控制单元100、升压电路101、电源102以及模拟/数字转换器103。微控制单元100连接于升压电路101以及模拟/数字转换器103，而电源102亦连接于升压电路101以及模拟/数字转换器103，且微控制单元100与电源102皆接地。其中模拟/数字转换器103是通过排线108连接于微控制单元100。 

图1中，电源102是电池，而升压电路101是直流对直流转换器(DC to DCConverter)，用以提供固定电压至微控制单元100，其中，当输入升压电路101的电压大于该固定电压时，升压电路101不作用而直接将输入升压电路101的电压输出。而当输入升压电路101的电压小于该固定电压时，升压电路101输出该固定电压，以达到提升电压的功能。在电压检测电路10中，电源102提供小于固定电压的电压且将该电压输入至升压电路101，而升压电路101输出固定电压至微控制单元100，使微控制单元100可将固定电压作为电压判断基准，并使连接于微控制单元100的模拟/数字转换器103可使用该电压 判断基准来作为电压检测的依据。 

定义电压判断基准后，电源102将电压输入至模拟/数字转换器103，而模拟/数字转换器103根据电压判断基准来与输入的电压比较并输出检测到的电压值。举例来说，假设模拟/数字转换器103是8位的模拟/数字转换器，而其电压判断基准为3伏特，代表模拟/数字转换器103将电压判断基准(3伏特)分为256(2的8次方)个阶段，即数字值0到数字值255，而模拟的3伏特可以用数字的255来表示；假设输入模拟/数字转换器103的电压为1.5伏特，而模拟/数字转换器103将输入的电压与代表255的3伏特比较，并将模拟的输入电压转换为数字的128，如此一来，模拟/数字转换器103可得知输入电压为数字值128，因此可将数字值128转换为模拟的1.5伏特。此为模拟/数字转换器的电压检测过程。 

经由上述的电压检测过程后，模拟/数字转换器103将检测到的电压数据借由排线108输出至微控制单元100，而排线108传输了使能信号、时钟脉冲信号以及数据，因此排线必须连接于微控制单元100的三个连接端口104、105以及106，而每一连接端口分别用以传输使能信号、时钟脉冲信号以及数据至微控制单元100。 

公知电压检测电路根据上述电路结构以及电压检测过程可另连接于液晶显示器，用以显示此时电源的电压值以供使用者观看，而当电源的电压下降到某一程度时，可借由该液晶显示器发出警讯以提醒使用者应更换电源或对电源充电。 

由上述可知，公知电压检测电路是利用模拟/数字转换器来检测电源的电压值，且由于模拟/数字转换器具有将输入电压以多阶段归类来判断的特性，而可提供使用者一个多阶段的提示信号。然而，虽然模拟/数字转换器具有强大的判断功能，因此其电路的复杂程度亦可想而知，而模拟/数字转换器的成本亦相当可观。然而，大部分需检测电压的电子元件通常不需要那么强大的功能，而是仅需可提供三四个阶段的提示信号、且电路体积小又低成本的电压检测电路即可符合需求。因此需要一种可降低成本的电压检测电路。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需使用模拟/数字转换器而可提供多阶段提示的电压检测电路。 

本发明的另一目的在于提供一种可降低成本的电压检测电路。 

于一较佳实施例中，本发明提出一种电压检测电路，用以检测电源的电压范围，该电压检测电路包括： 

微控制单元，包括： 

通用输入/输出端口，用以产生数字电位信号给该微控制单元；以及 

控制输入/输出端口，用以输出固定电压； 

升压电路，电连接于该电源以及该微控制单元，用以提供该固定电压给该微控制单元； 

第一分压电阻，电连接于该微控制单元、该电源以及该升压电路；以及 

第二分压电阻，与该第一分压电阻串联并电连接于该微控制单元的该控制输入/输出端口； 

其中该第一以及第二分压电阻用以依据该固定电压以及该电源的电压而产生判断电压，而使该通用输入/输出端口根据该判断电压的大小而输出该数字电位信号，且该微控制单元根据该数字电位信号的逻辑电位而获得该电源的电压范围，并使该微控制单元依据该数字电位信号而产生使能信号。 

于一较佳实施例中，当该数字电位信号是高逻辑电位时，该微控制单元产生第一使能信号；或 

当该数字电位信号是低逻辑电位时，该微控制单元产生第二使能信号。 

于一较佳实施例中，该微控制单元还连接于电子发光元件，用以根据该第一使能信号及该第二使能信号而产生不同的发光情形。 

于一较佳实施例中，当该电子发光元件接收到该第一使能信号时，该电子发光元件产生绿色光束；或 

当该电子发光元件接收到该第二使能信号时，该电子发光元件产生绿色闪烁光束。 

于一较佳实施例中，该电子发光元件是发光二极管或激光二极管。 

于一较佳实施例中，该电压检测电路还包括第三分压电阻，其与该第一分压电阻串联并电连接于该微控制单元的另一控制输入/输出端口，用以与该第一分压电阻配合而依据该固定电压分压产生另一判断电压至该通用输入/ 输出端口。 

于一较佳实施例中，该通用输入/输出端口根据该另一判断电压的大小而输出另一数字电位信号，且该微控制单元根据该另一数字电位信号的逻辑电位而获得该电源的电压范围。 

于一较佳实施例中，当该数字电位信号是高逻辑电位且该另一数字电位信号是高逻辑电位时，该微控制单元产生第一使能信号； 

当该数字电位信号是高逻辑电位且该另一数字电位信号是低逻辑电位时，该微控制单元产生第二使能信号；或 

当该数字电位信号是低逻辑电位且该另一数字电位信号是低逻辑电位时，该微控制单元产生第三使能信号。 

于一较佳实施例中，该微控制单元还连接于电子发光组，包括第一电子发光元件以及第二电子发光元件，用以根据所述第一使能信号、所述第二使能信号以及所述第三使能信号而产生不同的发光情形，其中该第一电子发光元件用以产生绿色光束或绿色闪烁光束，而该第二电子发光元件用以产生红色光束或红色闪烁光束。 

于一较佳实施例中，当该第一电子发光元件接收到该第一使能信号时，该第一电子发光元件产生该绿色光束； 

当该第一电子发光元件接收到该第二使能信号时，该第一电子发光元件产生该绿色闪烁光束；或 

当该第二电子发光元件接收到该第三使能信号时，该第二电子发光元件产生该红色光束。 

于一较佳实施例中，该第一电子发光元件以及该第二电子发光元件是发光二极管或激光二极管。 

于一较佳实施例中，该电源是电池。 

于一较佳实施例中，该升压电路是直流对直流转换器。 

本发明的电压检测电路利用单纯的分压电阻的串、并联达到检测电压的功效，不但电路简单、体积小，更可针对不同使用者的需求而增加提示信号，得以进一步地对电源进行控管。最重要的是成本低廉，让使用者以及厂商可省下可观的成本而达到接近模拟/数字转换器的效果。 

附图说明

图1是公知电压检测电路的电路结构示意图。 

图2是本发明电压检测电路于第一较佳实施例中的电路结构示意图。 

图3是本发明电压检测电路于第二较佳实施例中的电路结构示意图。 

其中，附图标记说明如下： 

10、20、30电压检测电路    100、200、300微控制单元 

101、201、301升压电路     102、202、302电源 

103模拟/数字转换器        104、105、106连接端口 

108排线                   203、303通用输入/输出端口 

204、304、305控制输入/输出端口 

R1、R2、R3、R4、R5分压电阻 

V1、V2、V3、V4、V*、V’、V”电压 

具体实施方式

请参阅图2，其为本发明电压检测电路于第一较佳实施例中的电路结构示意图。电压检测电路20包括微控制单元200、升压电路201、电源202、第一分压电阻R1以及第二分压电阻R2，微控制单元200包括通用输入/输出端口203以及控制输入/输出端口204，升压电路201电连接于电源202以及微控制单元200，第一分压电阻R1电连接于微控制单元200、电源202以及升压电路201，而第二分压电阻R2与第一分压电阻R1串联并电连接于微控制单元200的控制输入/输出端口204，此外，微控制单元200与电源202皆接地，如图2所示。 

于本发明的第一较佳实施例中，升压电路201是直流对直流转换器(DC to DC Converter)，而电源202是电池，通用输入/输出端口203作为输入端口，且可产生数字电位信号，其中通用输入/输出端口203具有一个电压判断基准，当输入的电压值小于该电压判断基准，通用输入/输出端口203输出低逻辑电位的数字电位信号；而当输入的电压值大于或等于该电压判断基准，通用输入/输出端口203输出高逻辑电位的数字电位信号。而控制输入/输出端口204作为输出端口。此外，电压检测电路20另外连接于一电子发光元件(未标示于图中)，而电子发光元件为发光二极管(Light emitter diode)或激光二极 管(Laser diode)。 

接下来说明电压检测电路进行电压检测的情况，电压检测电路20中，电源202提供电压V1至升压电路201，其中升压电路201用以提供固定电压V2，当电压V1小于固定电压V2时，升压电路201提供固定电压V2给微控制单元200，固定电压V2经过微控制单元200而由控制输入/输出端口204输出，使第一分压电阻R1与第二分压电阻R2串联的两端具有压降(V2-V1)，而第一以及第二分压电阻R1以及R2根据固定电压V2而产生判断电压V*，其中判断电压V*的计算式为： 

V*＝[(V2-V1)/(R1+R2)×R1]+V1 

而当判断电压V*被输入通用输入/输出端口203时，通用输入/输出端口203比较判断电压V*与预设的电压判断基准，当判断电压V*小于电压判断基准时，通用输入/输出端口203输出低逻辑电位的数字电位信号；而当判断电压V*大于或等于电压判断基准，通用输入/输出端口203输出高逻辑电位的数字电位信号。 

举例来说，当电源202的电压V1为1.5伏特，升压电路201所提供的固定电压V2为3伏特，第一分压电阻R1与第二分压电阻R2等于50千欧姆时，而通用输入/输出端口203的电压判断基准设定为2.1伏特。根据上述判断电压V*计算式可获得判断电压V*等于2.25伏特，通用输入/输出端口203将该判断电压V*与电压判断基准(2.1伏特)比较而产生高逻辑电位信号给微控制单元200，使微控制单元200产生第一使能信号，此时，连接于电压检测电路20的电子发光元件产生绿色光束，以提示使用者此时电源202的电压V1为正常。而当电源202经长时间的使用，其电压V1降为1伏特时，其余条件如上述般不变，根据判断电压V*计算式可获得判断电压V*等于2伏特，通用输入/输出端口203将该判断电压V*与电压判断基准(2.1伏特)比较而产生低逻辑电位信号给微控制单元200，使微控制单元200产生第二使能信号，故电子发光元件接收到第二使能信号而产生绿色闪烁光束，以提示使用者此时电源202的电压V1即将耗尽。 

由上述可知，本发明的电压检测电路20可不需使用模拟/数字转换器而进行电压检测，但电压检测电路20仅提供两个阶段的提示，无法满足使用者的更多需求，因此，根据上述概念，本发明还提出一个可提供二阶段提示 以上的电压检测电路。 

请参阅图3，其为本发明电压检测电路于第二较佳实施例中的电路结构示意图。电压检测电路30包括微控制单元300、升压电路301、电源302、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4以及第三分压电阻R5，微控制单元300包括通用输入/输出端口303、第一控制输入/输出端口304以及第二控制输入/输出端口305，升压电路301电连接于电源302以及微控制单元300，第一分压电阻R3电连接于微控制单元300、电源302以及升压电路301，而第二分压电阻R4以及第三分压电阻R5分别与第一分压电阻R3串联并分别电连接于微控制单元300的第一控制输入/输出端口304以及第二控制输入/输出端口305，且微控制单元300与电源302接地。本发明的第二较佳实施例与第一较佳实施例的差别在于，第二较佳实施例另设置第三分压电阻R5于第一分压电阻R3与微控制单元300之间。 

于本发明的第二较佳实施例中，电压检测电路30还连接于一电子发光组(未标示于图中)，电子发光组包括第一电子发光元件以及第二电子发光元件，其中第一电子发光元件用以产生绿色光束或绿色闪烁光束，而第二电子发光元件用以产生红色光束或红色闪烁光束。 

电压检测电路30中，电源302提供电压V3至升压电路301，其中升压电路301用以提供固定电压V4，当电压V3小于固定电压V4时，升压电路301提供固定电压V4给微控制单元300，当第一控制输入/输出端口304开启而第二控制输入/输出端口305关闭时，固定电压V4经过微控制单元300而由第一控制输入/输出端口304输出，使第一分压电阻R3与第二分压电阻R4串联的两端具有压降(V4-V3)，而第一以及第二分压电阻R3以及R4根据固定电压V4而产生第一判断电压V’，其中第一判断电压V’的计算式为： 

V’＝[(V4-V3)/(R3+R4)×R3]+V3 

而第一判断电压V’被输入至通用输入/输出端口303时，通用输入/输出端口303比较第一判断电压V’与预设的电压判断基准而输出第一数字电位信号，其中该第一数字电位信号是根据第一判断电压V’与电压判断基准的大小关系来决定，若第一判断电压V’大于或等于电压判断基准，该第一数字电位信号为高逻辑电位；而若第一判断电压V’小于电压判断基准，该第一数字电位信号则为低逻辑电位。 

接下来，微控制单元300关闭第一控制输入/输出端口304而开启第二控制输入/输出端口305，使固定电压V4经过微控制单元300而由第二控制输入/输出端口305输出，使第一分压电阻R3与第三分压电阻R5串联的两端具有压降(V4-V3)，而第一以及第二分压电阻R3以及R5根据固定电压V4而产生第二判断电压V”，其中第二判断电压V”计算式为： 

V”＝[(V4-V3)/(R3+R5)×R3)+V3 

同样地，第二判断电压V”输入至通用输入/输出端口303时，通用输入/输出端口303比较第二判断电压V”与预设的电压判断基准而输出第二数字电位信号，其中该第二数字电位信号是根据第二判断电压V”与电压判断基准的大小关系来决定。 

举例来说，当电源302的电压V3为1.5伏特，升压电路301提供的固定电压V4为3伏特，第一分压电阻R3与第二分压电阻R4等于50千欧姆，第三分压电阻R5等于60千欧姆时，而通用输入/输出端口303的电压判断基准设定为2.1伏特。首先开启第一控制输入/输出端口304，且根据上述判断电压的计算式可获得第一判断电压V’等于2.25伏特(大于2.1伏特)，故通用输入/输出端口303产生的第一数字电位信号为高逻辑电位信号。接着关闭第一控制输入/输出端口304而开启第二控制输入/输出端口305，可获得第二判断电压V”等于2.18伏特(大于2.1伏特)，因此通用输入/输出端口303产生的第二数字电位信号亦为高逻辑电位。当微控制单元300接收到同为高逻辑电位的第一以及第二数字电位信号时，使微控制单元300产生第一使能信号，此时，连接于电压检测电路30的电子发光组中的第一电子发光元件产生绿色光束，以提示使用者此时电源302的电压V3为正常。 

而当电源302经长时间的使用，其电压V3降为1.2伏特时，其余条件如上述般不变，首先开启第一控制输入/输出端口304，根据第一判断电压V’计算式可获得第一判断电压V’等于2.1伏特(等于电压判断基准2.1伏特)，故通用输入/输出端口303产生的第一数字电位信号为高逻辑电位。接着关闭第一控制输入/输出端口304而开启第二控制输入/输出端口305，且根据第二判断电压V”计算式可获得第二判断电压V”等于2.02伏特(小于电压判断基准2.1伏特)，故通用输入/输出端口303产生的第二数字电位信号为低逻辑电位。当微控制单元300接收到高逻辑电位的第一数字电位信号以及低逻辑电 位的第二数字电位信号时，使微控制单元300产生第二使能信号，此时，连接于电压检测电路30的电子发光组中的第一电子发光元件产生绿色闪烁光束，以提示使用者此时电源302的电压V3已消耗至一定程度但仍堪使用。 

接下来电源302继续被使用，而其电压V3降至1伏特时，其余条件如上述般不变，首先开启第一控制输入/输出端口304，根据第一判断电压V’计算式可获得第一判断电压V’等于2伏特(小于电压判断基准2.1伏特)，故通用输入/输出端口303产生低逻辑电位的第一数字电位信号。接着关闭第一控制输入/输出端口304而开启第二控制输入/输出端口305，且根据第二判断电压V”计算式可获得第二判断电压V”等于1.91伏特(小于电压判断基准2.1伏特)，故通用输入/输出端口303产生的第二数字电位信号为低逻辑电位。当微控制单元300接收到同为低逻辑电位的第一以及第二数字电位信号时，使微控制单元300产生第三使能信号，此时，连接于电压检测电路30的电子发光组中的第二电子发光元件产生红色光束，以提示使用者此时电源302的电压V3已接近消耗殆尽，需更换电源302。 

由上述举例说明可知，使用者可利用电压检测电路来检测电源电压的电压范围并提供三个阶段的灯号提示：当电子发光组产生绿色光束时，使用者可得知现在的电源电压是位于1.5伏特到1.2伏特之间；当电子发光组产生绿色闪烁光束时，可得知现在的电源电压是位于1.2伏特到1伏特之间；而当电子发光组产生红色光束时，可知现在的电源电压是位于1伏特以下。使用者可根据不同的发光情形而对电源进行不同的措施。 

当然，本发明的电压检测电路不限于三个阶段的提示灯号，更可根据分压电阻的增设而增加更多阶段的提示灯号。此外，本发明电压检测电路并非限定连接于电子发光元件，亦可连接于液晶显示板等可接收信号而输出提示信号的电子装置。此外，本发明的电压检测电路利用单纯的分压电阻的串、并联达到检测电压的功效，不但电路简单、体积小，更可针对不同使用者的需求而增加提示信号，得以进一步地对电源控管。最重要的是成本低廉，让使用者以及厂商可省下可观的成本而达到接近模拟/数字转换器的效果。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本申请的权利要求范围内。 

Claims (13)

1.一种电压检测电路，用以检测电源的电压范围，该电压检测电路包括：

微控制单元，包括：

通用输入/输出端口，用以产生数字电位信号给该微控制单元；以及

控制输入/输出端口，用以输出固定电压；

升压电路，电连接于该电源以及该微控制单元，用以提供该固定电压给该微控制单元；

第一分压电阻，电连接于该微控制单元、该电源以及该升压电路；以及

第二分压电阻，与该第一分压电阻串联并电连接于该微控制单元的该控制输入/输出端口；

其中该第一以及第二分压电阻用以依据该固定电压以及该电源的电压而产生判断电压，而使该通用输入/输出端口根据该判断电压的大小而输出该数字电位信号，且该微控制单元根据该数字电位信号的逻辑电位而获得该电源的电压范围，并使该微控制单元依据该数字电位信号而产生使能信号。

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其中

当该数字电位信号是高逻辑电位时，该微控制单元产生第一使能信号；或

当该数字电位信号是低逻辑电位时，该微控制单元产生第二使能信号。

3.如权利要求2所述的电压检测电路，其中该微控制单元还连接于电子发光元件，用以根据该第一使能信号及该第二使能信号而产生不同的发光情形。

4.如权利要求3所述的电压检测电路，其中

当该电子发光元件接收到该第一使能信号时，该电子发光元件产生绿色光束；或

当该电子发光元件接收到该第二使能信号时，该电子发光元件产生绿色闪烁光束。

5.如权利要求3所述的电压检测电路，其中该电子发光元件是发光二极管或激光二极管。

6.如权利要求1所述的电压检测电路，其中还包括第三分压电阻，其与该第一分压电阻串联并电连接于该微控制单元的另一控制输入/输出端口，用以与该第一分压电阻配合而依据该固定电压分压产生另一判断电压至该通用输入/输出端口。

7.如权利要求6所述的电压检测电路，其中该通用输入/输出端口根据该另一判断电压的大小而输出另一数字电位信号，且该微控制单元根据该另一数字电位信号的逻辑电位而获得该电源的电压范围。

8.如权利要求7所述的电压检测电路，其中

当该数字电位信号是高逻辑电位且该另一数字电位信号是高逻辑电位时，该微控制单元产生第一使能信号；

当该数字电位信号是高逻辑电位且该另一数字电位信号是低逻辑电位时，该微控制单元产生第二使能信号；或

当该数字电位信号是低逻辑电位且该另一数字电位信号是低逻辑电位时，该微控制单元产生第三使能信号。

9.如权利要求8所述的电压检测电路，其中该微控制单元还连接于电子发光组，包括第一电子发光元件以及第二电子发光元件，用以根据所述第一使能信号、所述第二使能信号以及所述第三使能信号而产生不同的发光情形，其中该第一电子发光元件用以产生绿色光束或绿色闪烁光束，而该第二电子发光元件用以产生红色光束或红色闪烁光束。

10.如权利要求9所述的电压检测电路，其中

当该第一电子发光元件接收到该第一使能信号时，该第一电子发光元件产生该绿色光束；

当该第一电子发光元件接收到该第二使能信号时，该第一电子发光元件产生该绿色闪烁光束；或

当该第二电子发光元件接收到该第三使能信号时，该第二电子发光元件产生该红色光束。

11.如权利要求9所述的电压检测电路，其中该第一电子发光元件以及该第二电子发光元件是发光二极管或激光二极管。

12.如权利要求1所述的电压检测电路，其中该电源是电池。

13.如权利要求1所述的电压检测电路，其中该升压电路是直流对直流转换器。

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