CN103746417B - 一种电池监测芯片的低功耗控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低功耗控制技术领域，公开了一种电池监测芯片的低功耗控制方法及系统。本发明根据电池的使用状态，对电池监测芯片的寄存器进行读写操作，使电池监测芯片在初始上电情况下处于待机工作模式，再对电池监测芯片的寄存器进行读写操作，使芯片进入正常工作模式。若电池处于充电或放电状态，则保持正常工作模式；若电池处于静置状态，则进入掉电工作模式。当检测到电池再次进行充电或放电时，则再进入正常工作模式，从而使电池监测芯片工作于不同的工作模式，而待机工作模式和掉电工作模式均为低功耗的工作模式，使电池监测芯片不必时刻工作在正常工作模式，从而降低了电池监测芯片对电池电量的损耗，进而延长了电池的使用时间。
Description
技术领域
本发明涉及低功耗控制技术领域，主要适用于电池监测芯片的低功耗控制方法及系统。
背景技术
在便携式用电设备（如通讯工具、电动工具等）中，大多使用电池作为独立的供电电源。由于电池存储的电量有限，因而在使用一段时间后，必须对电池进行充电或者更换，从而造成了使用过程中的不便，同时频繁地充放电也会缩短电池的使用寿命。因此，在保证设备工作性能的基础上，需要尽可能地延长电池的使用时间。
想要延长电池的使用时间，除了对电池的性能进行持续改进外，降低设备中的电子控制单元或者电路在工作时对电池电量的损耗，已经成为了延长电池使用时间的主要方式。现阶段，电池监测芯片已广泛应用于使用电池的场合，这些芯片大多以电池作为供电电源，并采用常供电方式，即当用电设备停止工作时，也会对电池电量造成持续的损耗。因此，降低电池监测芯片对电池的功耗，对延长电池的使用时间具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电池监测芯片的低功耗控制方法及系统，它降低了电池监测芯片对电池电量的损耗，延长了电池的使用时间。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池监测芯片的低功耗控制方法，包括：
当电池监测芯片上电复位后，微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入待机信息，使所述电池监测芯片中除时钟、通信模块和电源外的电路处于关闭状态，此时电池监测芯片处于待机工作模式；
当所述电池监测芯片需要正常工作时，所述微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入工作信息，使所述电池监测芯片中的所有电路均处于工作状态，此时电池监测芯片处于正常工作模式；
当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，所述微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；所述低速时钟向所述充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；
当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，再次对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述寄存器的低功耗控制位被输入正常工作信息，使电池监测芯片恢复正常工作模式。
进一步地，所述当微控制单元接收到从电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，微控制单元对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，包括：当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，所述微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；其中，所述预设时间由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
进一步地，还包括：当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，所述微控制单元对控制单元内部的寄存器进行读写操作；所述内部的寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述微控制单元处于掉电工作模式；
当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，微控制单元被该信号唤醒，并恢复到正常工作模式。
进一步地，所述周期性使能信号的周期和占空比由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
本发明还提供了一种电池监测芯片的低功耗控制系统，包括：
芯片待机工作模式执行模块，用于当电池监测芯片上电复位后，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入待机信息，使所述电池监测芯片中除时钟、通信模块和电源外的电路处于关闭状态，此时电池监测芯片处于待机工作模式；
芯片正常工作模式执行模块，用于当所述电池监测芯片需要正常工作时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入工作信息，使所述电池监测芯片中的所有电路均处于工作状态，此时电池监测芯片处于正常工作模式；
芯片掉电工作模式执行模块，用于当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；此时所述低速时钟向所述充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；
芯片工作模式切换模块，用于当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述寄存器的低功耗控制位被输入正常工作信息，使电池监测芯片恢复正常工作模式。
进一步地，所述芯片掉电工作模式执行模块，具体用于当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；此时所述低速时钟向所述充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；其中，所述预设时间由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
进一步地，还包括：
微控制单元掉电工作模式执行模块，用于当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，对所述微控制单元内部的寄存器进行读写操作；所述内部的寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述微控制单元处于掉电工作模式；
微控制单元工作模式切换模块，用于当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，通过该信号将所述微控制单元唤醒，并将微控制单元恢复到正常工作模式。
进一步地，所述周期性使能信号的周期和占空比由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的电池监测芯片的低功耗控制方法及系统，根据电池的使用状态，对电池监测芯片的寄存器进行读写操作，使电池监测芯片在初始上电情况下处于待机工作模式，待芯片复位和自检过程完成后，对电池监测芯片的寄存器进行读写操作，使芯片退出待机态，并进入正常工作模式。若电池处于充电或放电状态，则保持正常工作模式；若电池处于静置状态，则进入掉电工作模式。当检测到电池再次进行充电或放电时，则退出掉电工作模式，并进入正常工作模式，从而使电池监测芯片工作于不同的工作模式，而待机工作模式和掉电工作模式均为低功耗的工作模式，使电池监测芯片不必时刻工作在正常工作模式，从而降低了电池监测芯片对电池电量的损耗，进而延长了电池的使用时间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电池监测芯片的低功耗控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中电池监测芯片和微控制单元的通信连接示意图；
图3为本发明实施例中电池监测芯片的配置寄存器的结构示意图；
图4为本发明实施例中电池监测芯片的充放电检测控制寄存器的第一结构示意图；
图5为本发明实施例中电池监测芯片的周期性控制信号和低速时钟的时序关系图；
图6为本发明实施例中电池监测芯片的充放电检测控制寄存器的第二结构示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电池监测芯片的低功耗控制方法及系统的具体实施方式及工作原理进行详细说明。
参见图1，本发明实施例提供的电池监测芯片的低功耗控制方法，包括：
步骤S110：当电池监测芯片上电复位后，微控制单元对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；内部寄存器的待机状态控制位被输入待机信息，使电池监测芯片中除时钟、通信模块和电源外的电路处于关闭状态，此时电池监测芯片处于待机工作模式；
步骤S120：当电池监测芯片需要正常工作时，微控制单元对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；内部寄存器的待机状态控制位被输入工作信息，使电池监测芯片中的所有电路(如时钟电路、通信模块、偏置电路、参考电压电路、充放电检测电路等)均处于工作状态，此时电池监测芯片处于正常工作模式；
步骤S130：当微控制单元接收到从电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，微控制单元对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；低速时钟向充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；其中，预设时间由电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。周期性使能信号的周期和占空比由电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。另外，微控制单元还对控制单元内部的寄存器进行读写操作；内部的寄存器的低功耗控制位也被输入低功耗控制信息，使微控制单元自身也处于掉电工作模式。
步骤S140：当微控制单元接收到从充放电检测电路输出的信号表明电池处于充电或放电状态时，微控制单元被该信号唤醒，并恢复到正常工作模式。再次对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，寄存器的低功耗控制位被输入正常工作信息，使电池监测芯片恢复正常工作模式。
本发明实施例还提供了一种电池监测芯片的低功耗控制系统，包括：
芯片待机工作模式执行模块100，用于当电池监测芯片上电复位后，对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；内部寄存器的待机状态控制位被输入待机信息，使电池监测芯片中除时钟、通信模块和电源外的电路处于关闭状态，此时电池监测芯片处于待机工作模式；
芯片正常工作模式执行模块200，用于当电池监测芯片需要正常工作时，对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；内部寄存器的待机状态控制位被输入工作信息，使电池监测芯片中的所有电路(如时钟电路、通信模块、偏置电路、参考电压电路、充放电检测电路等)均处于工作状态，此时电池监测芯片处于正常工作模式；
芯片掉电工作模式执行模块300，用于当微控制单元接收到从电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；此时低速时钟向充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；其中，周期性使能信号的周期和占空比由电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
更具体地，芯片掉电工作模式执行模块300，具体用于当微控制单元接收到从电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；此时低速时钟向充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；其中，预设时间由电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
微控制单元掉电工作模式执行模块400，用于当微控制单元接收到从电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，对微控制单元内部的寄存器进行读写操作；内部的寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使微控制单元自身处于掉电工作模式；
微控制单元工作模式切换模块500，用于当微控制单元接收到从充放电检测电路输出的信号表明电池处于充电或放电状态时，通过该信号将微控制单元唤醒，并将微控制单元恢复到正常工作模式。
芯片工作模式切换模块600，用于当微控制单元接收到从充放电检测电路输出的信号表明电池处于充电或放电状态时，对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，寄存器的低功耗控制位被输入正常工作信息，使电池监测芯片恢复正常工作模式。
在本实施例中，微控制单元与电池监测芯片之间采用I2C通信方式进行指令传送和信息交互。
参见图2，电池监测芯片的VREG端是5V电压输出端，可以作为微控制单元的工作电源。电池监测芯片的SCLK端是I2C通信中的时钟信号输入端；电池监测芯片的SDATA端是I2C通信的数据总线。微控制单元通过I2C通信向电池监测芯片发送控制指令，主要是对芯片内部寄存器的读写操作。电池监测芯片的LCDO端是芯片内部的充放电检测电路的信号输出端，微控制单元根据该信号判断电池的工作状态，低电平表示电池既不充电也不放电，高电平则表示电池正处于充电或放电状态。
通过本发明实施例提供的方法对电池监测芯片进行低功耗控制的步骤如下：
当电池监测芯片上电复位完成以后，默认进入待机工作模式，微控制单元通过I2C通信接口写电池监测芯片的配置寄存器。参见图3，在本实施例中，配置寄存器的低3位CDC[2]、CDC[1]和CDC[0]组成了待机状态控制位。三位全写0表示各部分电路被禁止工作，芯片进入待机状态；三个位全写1表示使能芯片内部的各部分功能电路，芯片退出待机状态，进入正常工作模式。
当芯片进入正常工作模式后，微控制单元可通过I2C通信方式向芯片发送指令，开启对电池电压、电流和温度的监测，然后使能芯片内部的偏置电路、参考电压电路、充放电检测电路等。其中，充放电检测电路输出的LCDO信号供微控制单元检测。如果LCDO为高电平，微控制单元将芯片的低3位全写1，芯片维持正常工作状态不变。若LCDO为低电平，则表示电池处于静置状态，在微控制单元检测到电池连续静置超过一段预设时间以后，微控制单元将控制单元内部的寄存器的低功耗控制位置1，使微控制单元工作于掉电工作模式。微控制单元还同时通过I2C通信将芯片内部的充放电检测控制寄存器的低功耗控制位置1，使芯片工作于掉电工作模式。参见图4，该寄存器的第4位LPM即为低功耗控制位。当该位为1时，芯片内部的各个电路模块均处于禁止运行状态，同时芯片以32K低速时钟为基准，开始向充放电检测电路发送周期性使能信号。周期性使能信号的周期由寄存器中第7位至第5位即LPCKPSEL[2]、LPCKPSEL[1]、LPCKPSEL[0]决定。参见图5，周期性使能信号的周期根据32K时钟计数得到，在一个周期内，检测电路被使能和禁止。高电平表示使能，低电平表示禁止。参见图6，充放电检测控制寄存器的低4位LPCKON[3]至LPCKON[0]决定了一个周期性使能信号周期中电路的使能时间，即信号的占空比。
如果电池不充电也不放电，则充放电检测电路的输出信号LCDO为低电平，微控制单元和电池监测芯片保持掉电模式工作。当电池接入负载或进行充电时，则LCDO在检测周期内输出高电平，则唤醒微控制单元，然后微控制单元通过I2C通信写指令给芯片，将低功耗控制位置0，芯片此时退出掉电工作模式，恢复为正常工作模式。
本发明实施例提供的电池监测芯片的低功耗控制方法及系统，根据电池的使用状态，对电池监测芯片的寄存器进行读写操作，使电池监测芯片在初始上电情况下处于待机工作模式，待芯片复位和自检过程完成后，对电池监测芯片的寄存器进行读写操作，使芯片退出待机态，并进入正常工作模式。若电池处于充电或放电状态，则保持正常工作模式；若电池处于静置状态，则进入掉电工作模式。当检测到电池再次进行充电或放电时，则退出掉电工作模式，并进入正常工作模式，从而使电池监测芯片工作于不同的工作模式，而待机工作模式和掉电工作模式均为低功耗的工作模式，使电池监测芯片不必时刻工作在正常工作模式，使电池监测芯片可根据不同的使用场合灵活切换到不同的工作模式，从而降低了电池监测芯片对电池电量的损耗，进而延长了电池的使用时间。当电池监测芯片处于掉电工作模式时，发送到充放电检测电路的周期性使能信号的占空比和周期都可以由寄存器的控制位进行调节，以适用于不同的应用场合，从而提高了本发明实施例的适用性。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种电池监测芯片的低功耗控制方法，其特征在于，包括：
当电池监测芯片上电复位后，微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入待机信息，使所述电池监测芯片中除时钟、通信模块和电源外的电路处于关闭状态，此时电池监测芯片处于待机工作模式；
当所述电池监测芯片需要正常工作时，所述微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入工作信息，使所述电池监测芯片中的所有电路均处于工作状态，此时电池监测芯片处于正常工作模式；
当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，所述微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；所述低速时钟向所述充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；其中，当所述微控制单元接收到从电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，微控制单元对电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，包括：当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，所述微控制单元对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；其中，所述预设时间由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定；
当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，再次对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述寄存器的低功耗控制位被输入正常工作信息，使电池监测芯片恢复正常工作模式。
2.如权利要求1所述的电池监测芯片的低功耗控制方法，其特征在于，还包括：当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，所述微控制单元对控制单元内部的寄存器进行读写操作；所述内部的寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述微控制单元处于掉电工作模式；
当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，微控制单元被该信号唤醒，并恢复到正常工作模式。
3.如权利要求2所述的电池监测芯片的低功耗控制方法，其特征在于，所述周期性使能信号的周期和占空比由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
4.一种电池监测芯片的低功耗控制系统，其特征在于，包括：
芯片待机工作模式执行模块，用于当电池监测芯片上电复位后，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入待机信息，使所述电池监测芯片中除时钟、通信模块和电源外的电路处于关闭状态，此时电池监测芯片处于待机工作模式；
芯片正常工作模式执行模块，用于当所述电池监测芯片需要正常工作时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作；所述内部寄存器的待机状态控制位被输入工作信息，使所述电池监测芯片中的所有电路均处于工作状态，此时电池监测芯片处于正常工作模式；
芯片掉电工作模式执行模块，用于当微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明电池处于静置状态时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；此时所述低速时钟向所述充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；具体地，所述芯片掉电工作模式执行模块，具体用于当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述内部寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述电池监测芯片中除低速时钟、充放电检测电路、通信模块和电源外的电路处于关闭状态；此时所述低速时钟向所述充放电检测电路输出周期性使能信号，此时电池监测芯片处于掉电工作模式；其中，所述预设时间由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定；
芯片工作模式切换模块，用于当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，对所述电池监测芯片的内部寄存器进行读写操作，所述寄存器的低功耗控制位被输入正常工作信息，使电池监测芯片恢复正常工作模式。
5.如权利要求4所述的电池监测芯片的低功耗控制系统，其特征在于，还包括：
微控制单元掉电工作模式执行模块，用于当所述微控制单元接收到从所述电池监测芯片的充放电检测电路输出的信号表明所述电池在一段预设时间已经连续处于静置状态时，对所述微控制单元内部的寄存器进行读写操作；所述内部的寄存器的低功耗控制位被输入低功耗控制信息，使所述微控制单元处于掉电工作模式；
微控制单元工作模式切换模块，用于当所述微控制单元接收到从所述充放电检测电路输出的信号表明所述电池处于充电或放电状态时，通过该信号将所述微控制单元唤醒，并将微控制单元恢复到正常工作模式。
6.如权利要求5所述的电池监测芯片的低功耗控制系统，其特征在于，所述周期性使能信号的周期和占空比由所述电池监测芯片的内部寄存器的控制位决定。
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