CN105044603A - 一种低功耗、低成本锂电池电压检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路及其检测方法，包括稳压管D1、稳压电容C2、电阻R2、单片机U1；所述稳压管D1一端连接电源，另一端分别连接至所述单片机U1的ADC接口、及电阻R2一端；所述电阻R2的另一端连接至所述单片机U1的IO接口；所述稳压电容C2并联于所述稳压管D1的两端。所述电阻R2的另一端也可以接地。本发明利用带ADC但是没有参考电源的MCU，再通过外部增加稳压管或是基准源，实现了对MCU电池供电电源的检测。本发明检测电池供电电源的方案精度高，且成本相对较低。并且这条检测通路通过IO口接到地上，所以可以做到只是在检测时候才消耗电流，从而实现了低功耗检测的目的。

Description

一种低功耗、低成本锂电池电压检测电路及检测方法

【技术领域】

本发明涉及一种低功耗、低成本锂电池电压检测电路及其检测方法。

【背景技术】

随着智能时代的到来，便携式电子产品的类型越来越多。更多低价的产品如雨后春笋般涌现，如移动电源、便携小风扇、儿童玩具、多功能手电筒等。为了保护电池不过放与显示电池电量，通常需要对电池电压进行测量。常用的测电池电压的方法是采样电阻分压电路，如图1所示，对电池电压取样，然后通过比较器或者模数转换(ADC)来得到电池电压的范围或者数值。

如图2所示，用比较器的方法测电池电压，只能测几个大致的范围，分辨率低，不能有效的保护电池，也不能在保持电路稳定工作的前提下，最大程度发挥电池的续航能力。

为了获得更高的电压精度，目前普遍采用内部集成ADC功能的单片机来实现。这类单片机有两种：一种是比较便宜的ADC参考电压内部连到单片机VCC端，另一种是比较贵的ADC参考电压源可以外置(或内置基准源)的单片机。如果要使用前者，需要使用稳压芯片(LDO)将电池电压稳压后，再供电给单片机电源电压固定，才能通过采样信号换算出电池电压的值，如图3所示。由于锂电池电压范围在3.0～4.2V之间，而LDO的压降普遍在0.7V以上，采用常用的2.7～5.5V工作范围的单片机时，锂电池的工作电压范围要求3.4V以上，不能最大限度的利用电池的续航能力。因此为了有效的利用电池，工程师们不得不选用比较昂贵的内置(或外置)ADC参考电压源的单片机方案，如图4所示。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低功耗、低成本检测锂电池电压检测电路及其检测方法。

本发明是这样实现的：

一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路，包括稳压管D1、稳压电容C2、电阻R2、单片机U1；

所述稳压管D1一端连接电源，另一端分别连接至所述单片机U1的ADC接口、及电阻R2一端；

所述电阻R2的另一端连接至所述单片机U1的IO接口；

所述稳压电容C2并联于所述稳压管D1的两端。

所述电阻R2的另一端接地。

所述稳压管D1替换为电压基准源芯片。

所述电压基准源芯片为TL431。

如前所述一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路的检测方法，当需要采样电池电压，单片机的IO输出为低电平时，稳压管D1开始工作，产生一个固定的电压值A，单片机的ADC引脚转换电阻R2上端点对地电压的ADC转换数值C，设电池电压为U，稳压管D1两端电压为A，那么电压采样点的电压为(U-A)；由于ADC参考源接单片机VCC，因此VCC对应的ADC值为ADC转换的最大值B，假设ADC位数为n，则B等于2n-1；通过单片机ADC引脚，得到采样点的电压(U-A)对应的ADC转换数值C；根据两个模拟电压之比(U-A)/U，等于对应的ADC转换值之比C/B，得到下面的关系式：

(U-A)/U＝C/B

式中A、B是固定的已知值，C是ADC的转换值，那么可算得电源电压U，

U＝B*A/(B-C)。

本发明的优点在于：可以利用带ADC但是没有参考电源的MCU，再通过外部增加稳压管或是基准源，实现了对MCU电池供电电源的检测。本发明检测电池供电电源的方案精度高，且成本相对较低。并且这条检测通路通过IO口接到地上，所以可以做到只是在检测时候才消耗电流，从而实现了低功耗检测的目的。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是现有技术之一电路结构示意图。

图2是现有技术之二电路结构示意图。

图3是现有技术之三电路结构示意图。

图4是现有技术之四电路结构示意图。

图5是本发明电路结构示意图。

【具体实施方式】

如图5所示，一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路，包括稳压管D1、稳压电容C2、电阻R2、单片机U1；所述稳压管D1一端连接电源，另一端分别连接至所述单片机U1的ADC接口、及电阻R2一端；所述电阻R2的另一端连接至所述单片机U1的IO接口；所述稳压电容C2并联于所述稳压管D1的两端。

本发明是改进需要LDO给单片机供电才能测电池电压的方案(现有技术之三)，通过将分压电阻R1换成稳压管D1(或电压基准源芯片，如TL431等)，即可省去LDO，也能测电池电压。作为优选地，把电R2的接地端接到单片机的IO口，可以大大的降低电池电压检测的功耗。

电池电压检测电路模块由稳压管D1，稳压电容C2，限流电阻R2与带有ADC功能的单片机U1组成。当需要采样电池电压，单片机的IO输出为低电平时，稳压管D1开始工作，产生一个固定的电压值A，单片机的ADC引脚转换电阻R2上端点对地电压的ADC数据C，就可以通过一定的换算公式，求出电池电压值，当测量完成后，单片机的IO输出为高或是高阻态，稳压管D1与电阻R2两端等电位，电流消耗电流为零，从而实现了便携式设备低功耗的要求。

电压计算推导如下：设电池电压电压为U(①③之间电压)，稳压管D1两端电压为A(①②之间电压)，那么电压采样点②相对于③的电压为(U-A)。由于ADC参考源接单片机VCC，因此VCC对应的ADC值为ADC转换的最大值B(如ADC位数为n，B等于2ⁿ-1)。通过单片机ADC引脚，可以得到采样点②的电压(U-A)对应的ADC转换数值C。根据两个模拟电压之比(U-A)/U，等于对应的ADC转换值之比C/B，可得到下面的关系式：

(U-A)/U＝C/B

式中A、B是固定的已知值，C是ADC的转换值，那么可算得电源电压U，

U＝B*A/(B-C)

补充说明，根据等式(U-A)/U＝C/B可知，U的精度只于A的稳定度和C的精度相关，电阻的精度与IO口内阻的变化，并不会影响计算电源电压的精度。此外稳压管D1与电阻R2的位置也可以交换，但要实现低功耗的要求，需要单片机的IO具有能直接驱动稳压管的高电平输出能力。

本发明利用带ADC但是没有参考电源的MCU，再通过外部增加稳压管或是基准源，实现了对MCU电池供电电源的检测。本发明检测电池供电电源的方案精度高，且成本相对较低。并且这条检测通路通过IO口接到地上，所以可以做到只是在检测时候才消耗电流，从而实现了低功耗检测的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路，其特征在于：

包括稳压管D1、稳压电容C2、电阻R2、单片机U1；

所述稳压管D1一端连接电源，另一端分别连接至所述单片机U1的ADC接口、及电阻R2一端；

所述电阻R2的另一端连接至所述单片机U1的IO接口；

所述稳压电容C2并联于所述稳压管D1的两端。

2.如权利要求1所述的一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路，其特征在于：所述电阻R2的另一端接地。

3.如权利要求1或2所述的一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路，其特征在于：所述稳压管D1替换为电压基准源芯片。

4.如权利要求3所述的一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路，其特征在于：所述电压基准源芯片为TL431。

5.如权利要求1所述的一种低功耗、低成本的锂电池电压检测电路的检测方法，其特征在于：当需要采样电池电压，单片机的IO输出为低电平时，稳压管D1开始工作，产生一个固定的电压值A，单片机的ADC引脚转换电阻R2上端点对地电压的ADC转换数值C，设电池电压为U，稳压管D1两端电压为A，那么电压采样点的电压为(U-A)；由于ADC参考源接单片机VCC，因此VCC对应的ADC值为ADC转换的最大值B，假设ADC位数为n，则B等于2ⁿ-1；通过单片机ADC引脚，得到采样点的电压(U-A)对应的ADC转换数值C；根据两个模拟电压之比(U-A)/U，等于对应的ADC转换值之比C/B，得到下面的关系式：

(U-A)/U＝C/B

式中A、B是固定的已知值，C是ADC的转换值，那么可算得电源电压U，

U＝B*A/(B-C)。