CN103389467B - 利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器，根据本发明的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器特征在于，霍尔传感器以模拟方式输出根据电流大小变化而变化的磁场大小，未与被测体直接接触，不会因磨损导致耐久性下降及性能下降，尤其是利用随温度变化的输出特性较小的此类霍尔传感器通过间接方式测量电流。本发明利用电流控制振荡器(CCO)检测电流、电压以及温度；且因没有使用分流电阻，其结构相对使用模拟数字转换器更简单；没有使用数字过滤器，还可减少面积。

Description

利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器
技术领域
本发明发利用霍尔传感器的蓄电池传感器技术，尤其涉及一种检测蓄电池电流、电压及温度的装置。
背景技术
一般而言，智能蓄电池传感系统通过测量电流、电压以及温度等电的量来提取蓄电池化学特性，通过预测蓄电池充电容量、寿命等，计算车辆行驶中蓄电池可供应的最大能量，限制减速中不必要消耗的能量从而保护蓄电池充电过量，与此同时可优化蓄电池使用范围，为此需要通过电的数据诱导及提取化学特性，要求更精确测量数据。
图1显示了利用分流电阻的普通蓄电池传感器系统，测量分流电阻两端电压值，通过模拟数字转换器(analogdigitalconverter:ADC)处理信号，以此获得蓄电池充电、放电电流。
分流电阻虽然具有价格低廉优势，但因电流直接流在分流电阻上，由于电压下降导致损失，且因温度引起的电阻变化可能会出现电流测量值错误。
同时，为处理信号使用16比特以上的模拟数字转换器(ADC)只会增加设计的复杂程度，还会起到增加芯片面积的缺点。
即，传统的蓄电池传感器系统具有因使用分流电阻引起电压下降损失和对温度灵敏度过高的缺点，为了补正这一缺陷要求增加电路且为高精确测量需要增加模拟-数字变频器比特，导致设计复杂且芯片面积增加的缺陷。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，本发明的目的在于提供一种利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器。本发明利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器特征在于，霍尔传感器以模拟方式输出根据电流大小变化而变化的磁场大小，未与被测体直接接触，不会因磨损导致耐久性下降及性能下降，尤其是利用随温度变化的输出特性较小的此类霍尔传感器通过间接方式测量电流。
技术方案
为达成如上目的，本发明的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器包括：霍尔传感器部，其用模拟信号输出与汽车蓄电池电流大小成比的磁场大小；信号检测电路部，其具有电流控制振荡器且利用所述电流控制振荡器将所述模拟信号转换为数字信号，以测量电流、电压及温度；以及微控制器，其在测量的所述电流、电压及温度值基础上完成对所述汽车蓄电池充电、放电及老化与否做出判断算法进行演算。
技术效果
根据本发明提供的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器，使用电流控制振荡器替代原来处理信号的模拟数字转换器(ADC)进行对频率的计算(Counting)，以此可以测量电流、电压及温度。这不仅从设计上变得单纯了，且无需诸如数字过滤器那样的电路块，可改善芯片面积。
另外，通过简单化了设计复杂性，因此可以缩短开发期间。
另外，无需用分流电阻检测电流，无需用外界手动元件感应电流，因此可以减少配件数量。
另外，简化了对集成芯片(on-chip)中的检测系统，可减少芯片面积，由此可实现对芯片的小型化，可缩小整个模块大小。
另外，通过芯片小型化节减了封装(package)及单元(module)的大小，可缩小PCB单价及现有成本对比可实现大量生产。
附图说明
图1为显示现有技术的图；
图2为用于说明本发明一实施例的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器的图；
图3为用于说明本发明电流控制振荡器的图；
图4为用于说明本发明频率对电流比的图。
附图标记说明
110：霍尔传感器部120：信号检测电路部
130：微控制器
具体实施方式
参照附图与下面的实施例，本发明的优点、特征以及达成其的方法将更加明确。但是，本发明并非限定于以下公开的实施例，将以相互不同的多种形态体现，本实施例只是提供用于使本发明的公开更完全，让本发明所属技术领域的技术人员能够容易地理解发明的范畴，本发明根据权利要求项的记载进行定义。另一方面，在本说明书中使用的术语用于说明实施例，并非意在限定本发明。在本说明书中，只要在语句中未特别提及，单数形也包括复数形。在说明书中使用的“包括(comprises)”或“包括的(comprising)”，不排除提及的构成要素、步骤、动作及/或元件之外的一个以上的其它构成要素、步骤、动作及/或元件的存在或追加。
现有蓄电池传感器系统因使用分流电阻具有电压下降损失和对温度变化灵敏度较大的缺点，且为完善需要增加电路，为了高精确测量增加模拟-数字变频器比特数，导致设计复杂及芯片面积增加的缺点。因此为了解决这些问题，提出利用间接方式测量电流的霍尔传感器的全新结构的蓄电池检测装置。该建议的结构具有可简化设计及大幅缩小芯片面积的优点。
以下参考图2至图4，对根据本发明一实施例的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器进行说明。图2为用于说明本发明一实施例的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器的图，图3为用于说明本发明电流控制振荡器的图，图4为用于说明本发明频率对电流比的图。
如图2所示，本发明的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器包括霍尔传感器部110、信号检测电路部120及微控制器130。
霍尔传感器部110包括可编程增益放大器(programmablegainamplifier,PGA)111、低通滤波器(LPF)112及带隙基准电路113。
可编程增益放大器111以模拟信号输出与蓄电池电流大小成比的磁场大小。
低通滤波器112接收可编程增益放大器111的模拟信号，抑制高频杂音后传输给信号检测电路部120。
前述的霍尔传感器部110是通常广泛使用的检测方法。因此本发明为了把模拟信号转换为数字信号，用电流控制振荡器(CCO)替代了模拟-数字变频器。
信号检测电路部120包括高速电流控制振荡器(CCO)121、低速电流控制振荡器(CCO)122、调节器123、比较器124、多路器(MUX)125、频率分频器126及上下计数器(Up/DownCountor)127。
各电流控制振荡器(CCO)121、122作为电流控制振荡器，相对现有技术可检测更广范围的电流。
例如，各电流控制振荡器(CCO)121、122，如图3所示，由反相器链(Inverterchain)组成，针对线性调节器123的电源杂音具有不像现有技术那样灵敏的特性。
通常电压控制振荡器(VCO)使用始终消耗电流的缓冲器，然而本发明的各电流控制振荡器(CCO)121、122仅在转换时才消耗电流的变换器。
线性调节器123包括两个PMOS(positivechannelMetalOxideSemiconductor)，控制各PMOS栅压向各电流控制振荡器(CCO)121、122供应电流。
连接各电流控制振荡器(CCO)121、122电源的各PMOS频道宽幅根据对应各电流控制振荡器(CCO)121、122的频率范围所确定。
比较器124对比带隙基准电路113的输出电压和低通滤波器(LPF)112的电压，并在对比结果基础上，为了在各电流控制振荡器(CCO)121、122输出的高频信号和低频信号中选择一个，向多路器(MUX)125传输控制信号。
例如，比较器124为了检测可编程增益放大器(PGA)111按照电压输出的电流，可编程增益放大器(PGA)111中如果输出低电压，则为使用低速电流控制振荡器(CCO)122时钟频率，向多路器(MUX)125传输选择低速电流控制振荡器(CCO)122时钟频率的控制信号，而如果可编程增益放大器(PGA)111输出较高电压时，则为使用高速电流控制振荡器(CCO)122时钟频率，向多路器(MUX)125传输可选择高速电流控制振荡器(CCO)122时钟频率的控制信号。
各电流控制振荡器(CCO)121、122的输出频率，如图4所示，针对供应的电流，具有输出频率呈线性特性。
多路器(MUX)125根据比较器124的控制信号，在各电流控制振荡器(CCO)121、122输出的高频和低频中选择一个频率信号进行输出。
频率分频器126将多路器(MUX)125选择的信号转换为低频率后传输。
上下计数器(Up/DownCountor)127检测频率分频器126中传输的频率，并传输给微控制器130。
其中，上下计数器(Up/DownCountor)127检测的频率信息指被测量的电流值，电压及温度检测使用又一个信号检测电路部可以获得。
微控制器130接收测量的电流、电压及温度值，完成蓄电池的充/放电及老化判断算法的演算。
如同前述一样，本发明使用电流控制振荡器替代现有处理信号的模拟数字转换器(ADC)，对频率进行计算(Counting)，由此可以测量电流、电压及温度，这不仅从设计上更单纯了，且不需要诸如数字过滤器等电路块，因此可以改善芯片面积、简化设计复杂化，从而缩短开发时间，且因不需要检测电流的分流电阻，不需感应电流的外部手动元件，不仅可以减少配件数，还可使集成芯片(on-chip)检测系统更加单纯化，减少芯片面积、实现芯片小型化，节减包及缩小块大小，由此缩小PCB单价及相对现有成本还可实现大量生产。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器，其特征在于，包括：
霍尔传感器部，其将与汽车蓄电池电流大小成比的磁场大小输出为模拟信号；
信号检测电路部，其具有电流控制振荡器、电压检测部以及温度检测部且利用所述电流控制振荡器将所述模拟信号转换为数字信号以测量电流，利用电压检测部及温度检测部测量电压及温度；以及
微控制器，其在测量的所述电流、电压及温度值基础上完成对所述汽车蓄电池充电、放电及老化与否做出判断算法进行演算，
其中，所述信号检测电路部包括：
高速电流控制振荡器，其具有反相器链；
低速电流控制振荡器，其具有反相器链；
线性调节器，其具有两个PMOS，通过控制各PMOS栅压向所述高速电流控制振荡器和所述低速电流控制振荡器供应电流；
比较器，其对比所述霍尔传感器部的带隙基准电路和低通滤波器中输出的两个电压，并且以对比结果为基础，为了从所述高速电流控制振荡器输出的高频信号和所述低速电流控制振荡器输出低频信号中选择其一而输出控制信号；
多路器(MUX)，其根据所述控制信号在所述高速电流控制振荡器和所述低速电流控制振荡器输出的高频信号和低频信号中选择一个频率信号；
频率分频器，其由所述多路器(MUX)选择的信号转换为低频信号后传输；以及
上下计数器，其检测从频率分频器传输的频率并向所述微控制器传输。
2.根据权利要求1所述的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器，其特征在于，所述霍尔传感器部包括：
可编程增益放大器，其将与所述汽车蓄电池电流大小成比的磁场大小输出为模拟信号；以及
低通滤波器，其使从所述可编程增益放大器输出的模拟信号中低频带信号通过。
3.根据权利要求1所述的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器，其特征在于：
所述比较器，从所述霍尔传感器部输出低电压时，为了使用低速电流控制振荡器的时钟频率，向所述多路器(MUX)传输控制信号使其选择所述低速电流控制振荡器的时钟频率；而从所述霍尔传感器部输出高电压时，为了使用高速电流控制振荡器的时钟频率，向所述多路器(MUX)传输控制信号使其选择高速电流控制振荡器的时钟频率，从而检测所述霍尔传感器部输出电压的电流。
4.根据权利要求1所述的利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器，其特征在于：
分别连接于所述高速电流控制振荡器和所述低速电流控制振荡器的电源的各PMOS频道宽度是根据对应于所述高速电流控制振荡器和所述低速电流控制振荡器的频率范围确定。
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