CN102944717B

CN102944717B - 电压检测装置及方法

Info

Publication number: CN102944717B
Application number: CN201210457394.4A
Authority: CN
Inventors: 龙涛; 刘正东; 龙江; 乔磊; 严松
Original assignee: Jiangsu Huitong Group Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Huitong Group Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: WO2014075361A1; CN102944717A

Abstract

本发明涉及一种电压检测装置及方法，装置包括：分别与待测电压源两端相连第一端子、第二端子、串联在第一端子与第二端子之间的第一分压电阻和第二分压电阻、检测器件、基准电压源、第一运算单元及第二运算单元；方法包括：使待测电压源暂停工作；提供一基准电压并根据第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第一分压值，得到检测器件的内阻值；使待测电压源恢复工作并根据所述内阻值、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第二分压值，得到待测电压源的电压值。本发明提高了电压检测的精确性。

Description

电压检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电压检测，特别涉及一种用于电压检测的装置及方法。

背景技术

关于电压检测，传统的做法是使用如图1所示的一种装置，包括端子1、端子2、分压电阻R101、分压电阻R102、集成于MCU（微控制器）的检测器件（例如选择AD采样模块作为所述检测器件），检测器件具有检测端子3。端子1以及端子2可以与待测电压源VDD的两端相连，待测电压源VDD对检测器件供电。从图1可知，端子1并入电压源VDD、端子2则接地。分压电阻R101与分压电阻R102则串接在端子1和端子2之间检测器件的检测端子3接入分压电阻R101与分压电阻R102的连接节点4，检测连接节点4处的分压值。传统检测方法条件根据检测器件在连接节点4获取的分压值、分压电阻R101与分压电阻R102的阻值，经近似计算得到电压源VDD的电压数据；具体可用以下计算式实现：

VDD = V_{1} \times \frac{R_{101} + R_{102}}{R_{102}}

其中，VDD为待测电压源的电压值；R₁₀₁为分压电阻R101的阻值；R₁₀₂为分压电阻R101的阻值；V₁为待测电压源VDD工作时连接节点4上的分压值。上述计算式的运算过程可由MCU实现。

发明人发现，传统电压检测的方法至少有以下两个问题：

一、需要设置分压电阻R101与分压电阻R102的阻值为一较小值，才可使上述检测结果较为精确，对于分压电阻设置较大的情况，精确度很低；

二、由于分压电阻R101与分压电阻R102的阻值较小，检测过程中消耗的电源功率较大，一般仅适用于对低功耗没有特殊要求的情况，应用受限。

公开号为CN1379301的中国专利申请于2002年11月13日公开了一种电压检测电路，主要包括以下内容：包括具有串联的成对电阻的分压器；比较器，具有连接至所述分压器中间的正输入端、连接至参考电压电路的负输入端、以及与控制所述比较器接通和断开的外部端子相连的输入端；连接到所述比较器的输出端的缓冲电路。其解决的问题是如何在电压检测电路中电流消耗被设置减小，提高电压检测电路中比较器响应速度的问题。没有提供解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明申请所解决的技术问题是：如何在保证电压检测精确度的情况下实现分压电阻阻值的任意选取。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电压检测装置，包括分别与待测电压源两端相连第一端子、第二端子、串联在第一端子与第二端子之间的第一分压电阻和第二分压电阻以及获取第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点上分压值的检测器件，该电压检测装置还包括：

基准电压源，在待测电压源暂停工作时，通过所述第一端子对检测器件供电；第一运算单元，用于当基准电压源工作时，根据检测器件获取的第一分压值、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值，得到检测器件的内阻值；

第二运算单元，用于当待测电压源工作时，根据检测器件获取的第二分压值、所述内阻值及第一分压电阻和第二分压电阻的阻值，得到待测电压源的电压值。

可选的，所述第一分压电阻及第二分压电阻的阻值之和大于检测器件的内阻值。

可选的，所述第一运算单元用于实现如下计算式：

R_{in} = \frac{R_{1} \times R_{2} \times U_{1}}{VCC \times R_{2} - R_{1} \times U_{1} - R_{2} \times U_{1}}

其中，R_in为检测器件的内阻值；R₁为第一分压电阻的阻值；R₂为第二分压电阻的阻值；U₁为所述第一分压值；VCC为所述基准电压源的电压值。

可选的，所述第二运算单元用于实现如下计算式：

VDD = U_{2} \times \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}

其中，VDD为待测电压源的电压值；R₁为第一分压电阻的阻值；R₂为第二分压电阻的阻值；R_in为检测器件的内阻值；U₂为所述第二分压值。

可选的，所述第一分压电阻和第二分压电阻的阻值可预先写入所述的第一运算单元及第二运算单元。

可选的，第一运算单元及第二运算单元由MCU芯片实现。

可选的，所述的检测器件也集成于所述MCU芯片上。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种电压检测方法，用于得到待测电压源的电压值，待测电压源的两端之间设有第一分压电阻、第二分压电阻以及获取第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点上分压值的检测器件，该电压检测方法包括：

使待测电压源暂停工作；

提供一基准电压并根据第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第一分压值，得到检测器件的内阻值；

使待测电压源恢复工作并根据所述内阻值、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第二分压值，得到待测电压源的电压值。

上述技术方案的有益效果至少包括：

通过先对检测器件提供一基准电压（装置中由基准电压源提供），获取检测器件的内阻值R_in；再根据内阻值R_in第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及检测器件在连接节点获取的分压值得到待测电压源实时电压值，提高了电压检测的精确性。

对任何阻值范围的第一分压电阻及第二分压电阻均可适用，对于检测低功率需求的器件也能很好适应，应用范围广。特别地，优选大阻值分压电阻可实现电压的低功耗测量。

附图说明

图1为现有技术中一种电压检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一种电压检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例一种电压检测方法的流程示意图。

具体实施方式

从本申请的背景技术可知，传统电压检测的方式，即采用如图1所示的电压检测装置，由于将检测器件获取的连接节点4的分压等效于分压电阻R102上的电压，再通过计算式：

VDD = \frac{V_{1} (R_{101} + R_{102})}{R_{102}}

①

得到待测电压VDD的即时电压数据。

其中，VDD为图1中待测电压源VDD的电压值，R₁₀₁为分压电阻R101的阻值，R₁₀₂为分压电阻R102的阻值，V₁为电压源VDD工作时检测器件从连接节点4获取的分压值。

但是，经发明人分析：公式①所表明连接节点4处的分压值V₁是指串联于端子1与端子2之间分压电阻R101及分压电阻R102之分压电阻R102两端的电压：设该电压值为V₁，有：

V_{1} = VDD \times \frac{R_{102}}{(R_{101} + R_{102})}

②

但式②的电压值V₁实际为一等效分压值而非实际分压值：在检测该电压时，V₁表示的是检测器件的检测端子3获取连接节点4的分压，式②并未考虑检测器件检测端子3端口处的内阻值：设实际连接节点4处的分压值为V₂，有：

V_{2} = VDD \times \frac{\frac{R_{102} \times R_{in}}{R_{102} + R_{in}}}{R_{101} + \frac{R_{102} \times R_{in}}{R_{102} + R_{in}}}

③

比较式②及③可知，传统电压检测方式需要在选择分压电阻阻值时，必须使R_in>>R₁₀₁+R₁₀₂，从而使实际连接节点4处的分压值V₂（考虑检测器件内阻值）等效于忽略检测器件内阻值时第二分压电阻两端的电压值，直接通过第一分压电阻与第二分压电阻的阻值变换算出VDD（即式①过程）。上述算法虽然能够达到快速检测的目的，但这种方法因分压电阻的阻值较小，电路的功耗高；对于不同类型、型号的检测器件，R_in又往往为非恒定值，电压检测装置测得的电压与真实值的差别较大，电压检测精确度低。

考虑到，人为使检测器件获取的分压电阻R101与分压电阻R102连接节点4上的分压值等效于忽略检测器件内阻值时分压电阻R102两端的电压值，才导致分压电阻取值范围受限且无法满足低功耗器件等如背景技术中涉及的电压检测之技术问题，因此本实施例将检测器件的内阻计算在内，以此为理论基础提供了一种电压检测装置及电压检测方法。

如图2所示的一种电压检测装置，其目的是为了检测待测电压源VDD的即时电压。待测电压源VDD对检测器件进行供电，其中检测器件集成于一MCU芯片中，该MCU芯片即图中的MCU（1）。MCU（1）的端口3即为检测器件检测端子的AD端口。检测器件可以为一AD采样模块。

图2中的电压检测装置包括分别与待测电压源VDD两端相连第一端子1、第二端子2以及串联在第一端子1与第二端子2之间的第一分压电阻R201和第二分压电阻R202，检测器件的检测端子3接入第一分压电阻R201和第二分压电阻R202的连接节点4获取分压值。

具体地，第一端子1接入待测电压源VDD，第二端子接地GND；第一分压电阻R201的一端接入待测电压源VDD、另一端接第二分压电阻R202；第二分压电阻R202的一端分别与第一分压电阻R201和检测器件的检测端子3相连，另一端则接地GND；第一分压电阻R201接入待测电压源VDD的一端即为第一端子1，第二分压电阻R202的接地端即为第二端子2。在本实施例中，第一分压电阻R201及第二分压电阻R202的阻值之和可选择为大于检测器件内阻值Rin。由于检测器件内阻值Rin的大致范围一般是可估计的，因此，第一分压电阻R201及第二分压电阻R202的阻值也是可估计，能够在已知的范围内进行选择，确定及设置电压检测装置的结构。选择大阻值的分压电阻满足了低功耗电路的检测要求。

图2中的电压检测装置还包括：基准电压源（图中未特别标注，可设于第一运算单元F1内，也可单独设置；其功能是独立的），在待测电压源VDD暂停工作时，基准电压源通过第一端子1对检测器件供电；

第一运算单元F1，用于当基准电压源工作时，根据检测器件获取的第一分压值、第一分压电阻R201和第二分压电阻R202的阻值，得到检测器件的内阻值Rin；内阻值Rin是检测器件检测端子3处的等效输入内阻；上述第一分压值为基准电压源工作时检测器件从检测端子3上检测到的连接节点4上的相对电位。

第一运算单元F1用于实现如下计算式：

R_{in} = \frac{R_{1} \times R_{2} \times U_{1}}{VCC \times R_{2} - R_{1} \times U_{1} - R_{2} \times U_{1}}

其中，R_in为检测器件的内阻值；R₁为第一分压电阻R201的阻值；R₂为第二分压电阻R202的阻值；U₁为第一分压值；VCC为基准电压源的电压值。

第二运算单元F2，用于当待测电压源工作时，根据检测器件获取的第二分压值、内阻值Rin及第一分压电阻R201和第二分压电阻R202的阻值，得到待测电压源的电压值。

第二运算单元F2内实现如下计算式：

VDD = U_{2} \times \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}

其中，VDD为待测电压源的电压值；R₁为第一分压电阻R201的阻值；R₂为第二分压电阻R202的阻值；R_in为检测器件的内阻值；U₂为所述第二分压值。

在一个实施例中，如图2所示，第二运算单元F2内可以包括如下两个单元，即比值输出单元及乘法器。

比值输出单元，用于将第一运算单元F1得到的内阻值Rin、第一分压电阻R201和第二分压电阻R202的阻值得到基准电压源的电压值与第一分压值的比值；该比值与待测电压源的电压值与第二分压值的比值相同。

上述比值输出单元具体可用如下计算式实现：

k = \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}

其中，k为所述基准电压源的电压值与第一分压值的比值；R₁为第一分压电阻的阻值；R₂为第二分压电阻的阻值；R_in为检测器件的内阻值。

乘法器，用于当待测电压源VDD工作时，将检测器件检测得到的第二分压值与第二运算单元F2输出的比值相乘并输出。上述第二分压值为在待测电压源VDD工作时连接节点4上的相对电位。

为简化器件结构，可将第一分压电阻R201和第二分压电阻R202的阻值预先写入第一运算单元F1及第二运算单元F2内、并使第一运算单元F1及第二运算单元F2由MCU芯片实现（图2中第一运算单元F1及第二运算单元F2集成于MCU（2）芯片上）。在其他实施例里，也可使检测器件、第一运算单元F1及第二运算单元F2集成于同一芯片上。

如图3所示的一种电压检测方法，用于得到待测电压源的电压值，可以使用如图2所示的电压检测装置实现。待测电压源的两端间设有第一分压电阻、第二分压电阻以及获取第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点上分压值的检测器件，包括：

S1：使待测电压源暂停工作；S2：提供一基准电压并根据第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第一分压值，得到检测器件的内阻值；具体可用如下计算式实现：

R_{in} = \frac{R_{1} \times R_{2} \times U_{1}}{VCC \times R_{2} - R_{1} \times U_{1} - R_{2} \times U_{1}}

其中，R_in为检测器件的内阻值；R₁为第一分压电阻的阻值；R₂为第二分压电阻的阻值；U₁为所述第一分压值；VCC为所述基准电压。

基准电压可由一基准电压源提供。若使用如图2所示电压检测装置作电压检测时，当基准电压源工作时，可根据检测器件检测端子3获取的连接节点4上的第一分压值计算检测器件的内阻值Rin；在使用图2中第一运算单元F1得到内阻值Rin后，可将内阻值Rin写入第一运算单元F1进行记录（该值为一恒定值）也可不经记录直接输出该内阻值Rin至第二运算单元F2，内阻值写入第一运算单元F1便于用户随时提取显示该内阻值；

S3：使待测电压源恢复工作并根据所述内阻值、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第二分压值，得到待测电压源的电压值；

具体可用如下计算式实现：

VDD = U_{2} \times \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}

对应于图2所示的装置，步骤S3在另一实施例中还可以包括以下两个步骤：

S301：将S2得到的检测器件之内阻值、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值进行阻值变换得到基准电压源的电压值与第一分压值的比值；在使用第二运算单元F2的比值输出单元得到该比值后，可将比值写入比值输出单元；当待测电压源VDD恢复工作后，则比值输出单元可直接输出该比值至乘法器进行检测电压的计算，也可不经写入直接输出至乘法器，由乘法器进行记录。

S301中的基准电压源与第一分压值的比值可用如下计算式实现：

k = \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}

其中，k为所述基准电压源的电压值与第一电压值的比值；R₁为第一分压电阻的阻值；R₂为第二分压电阻的阻值；R_in为检测器件的内阻值。

S302：恢复待测电压源工作，将检测器件在连接节点4获取的第二分压值与S301中得到的比值相乘并输出；输出的结果即为检测待测电压源VDD的即时电压检测值，具体计算式为：VDD＝U₂×k。

步骤S2及S301~S302首先向检测器件提供基准电压获取检测器件检测端子端口的输入内阻值Rin；再基于检测器件的内阻值及第一分压电阻及第二分压电阻的阻值变换算得到基准电压基准电压源与连接节点4上分压值的比值，由于对于待测电压源电压值与连接节点4上的分压值之比值是一恒定值，因此，只需记录该比值，在实际作检测时直接检测连接节点4上的分压值，再将分压值与该比值相乘，可得到精确的电压检测数据。

不仅如此，在本实施例电压检测方法的较佳实施例中，为了实现检测电路的低功耗测量，可设置分压电阻的阻值较大，使R₁+R₂>R_in；但分压电阻的阻值不限于此范围，本申请的电压检测方法对于分压电阻的阻值范围不作任何限制，即可达到电压检测的精准结果。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种电压检测装置，包括分别与待测电压源两端相连的第一端子和第二端子、串联在第一端子与第二端子之间的第一分压电阻和第二分压电阻以及获取第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点上分压值的检测器件，其特征在于，还包括：

2.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于，所述第一分压电阻及第二分压电阻的阻值之和大于检测器件的内阻值。

3.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于，所述第一运算单元用于实现如下计算式：

R_{in} = \frac{R_{1} \times R_{2} \times U_{1}}{VCC \times R_{2} - R_{1} \times U_{1} - R_{2} \times U_{1}}

4.如权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于，所述第二运算单元用于实现如下计算式：

VDD = U_{2} \times \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}

5.如权利要求1～4任一项所述的电压检测装置，其特征在于，所述第一分压电阻和第二分压电阻的阻值预先写入所述的第一运算单元及第二运算单元。

6.如权利要求1～4任一项所述的电压检测装置，其特征在于，第一运算单元及第二运算单元由MCU芯片实现。

7.如权利要求6所述的电压检测装置，其特征在于，所述的检测器件也集成于所述MCU芯片上。

8.一种电压检测方法，用于得到待测电压源的电压值，待测电压源的两端之间设有第一分压电阻、第二分压电阻以及获取第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点上分压值的检测器件，其特征在于，包括：

使待测电压源暂停工作；

9.如权利要求8所述的电压检测方法，其特征在于，所述第一分压电阻及第二分压电阻的阻值之和大于检测器件的内阻值。

10.如权利要求8所述的电压检测方法，其特征在于，所述提供一基准电压并根据第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第一分压值得到检测器件的内阻值用如下计算式实现：

R_{in} = \frac{R_{1} \times R_{2} \times U_{1}}{VCC \times R_{2} - R_{1} \times U_{1} - R_{2} \times U_{1}}

11.如权利要求8所述的电压检测方法，其特征在于，所述使待测电压源恢复工作并根据所述内阻值、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值以及此时检测器件获取的第二分压值得到待测电压源的电压值用如下计算式实现：

VDD = U_{2} \times \frac{R_{1} + \frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}{\frac{R_{2} \times R_{in}}{R_{2} + R_{in}}}