CN107994652B - 一种监测电池充放电的电路及基于该电路的电量计量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种监测电池充放电的电路及基于该电路的电量计量系统，电量计量系统中将监测电池充放电的电路集成于充电芯片中，充电芯片的CS引脚输出监测电流，这个监测电流与电池充电或者放电电流I成某个固定比例K。监测电流经过监测电阻Rcs，转换为电压，提供给微处理器；微处理器用来监测充电芯片的CS引脚电压和STA的状态，并对CS引脚的电压进行时间积分。本发明电路结构简单、成本低、精度高。
Description
技术领域
本发明涉及电池电量计量技术领域，尤其涉及一种监测电池充放电的电路及基于该电路的电量计量系统。
背景技术
目前电池电量的计量方式主要有下面两种：
1)通过直接测量电池的电压，通过电压的大小来粗略的判断电池的电量。这种计量得到的电池电量测量结果和实际电量的偏差会非常大，精度无法保证；
2)采用外部的电池电量计量芯片去监测电池的电量。这种方法精度高，但是需要采用一颗额外的芯片，增加成本。
综上可知，所述电池电量的计量，实际中存在不便的问题，所以有必要加以改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测电池充放电的电路及基于该电路的电量计量系统，整体结构简单、成本低、精度高。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种监测电池充放电的电路，包括运算放大器A1、运算放大器A2、比较器C1、功率晶体管M1、功率晶体管M2、功率晶体管M3、功率晶体管M4、功率晶体管M5；所述比较器C1的同相输入端与运算放大器A2的同相输入端电性连接，反相输入端与运算放大器A1的同相输入端电性连接；所述运算放大器A1的反相输入端分别与功率晶体管M2的漏极、功率晶体管M4的源极电性连接，输出端与功率晶体管M4的栅极电性连接；所述运算放大器A2的反相输入端分别与功率晶体管M3的源极、功率晶体管M5的源极电性连接，输出端与功率晶体管M5的栅极电性连接；所述功率晶体管M1的漏极与比较器C1的反相输入端电性连接，源极与比较器C1的同相输入端电性连接；所述功率晶体管M2的源极与运算放大器A2的同相输入端电性连接；所述功率晶体管M3的漏极与功率晶体管M1的漏极电性连接；所述功率晶体管M4的漏极与功率晶体管M5的漏极电性连接；所述功率晶体管M1、功率晶体管M2、功率晶体管M3三者的栅极依次电性连接。
本发明还公开了一种基于上述电路的电量计量系统，还包括充电芯片、微处理器、电阻Rcs、上述电路；上述电路集成于充电芯片中；所述充电芯片的CS引脚、STA引脚分别与微处理器电性连接；所述充电芯片的CS引脚还与电阻Rcs电性连接后接地。
较佳地，所述充电芯片的SYS引脚与比较器C1的同相输入端电性连接，STA引脚与比较器C1的输出端电性连接，BAT引脚与比较器C1的反相输入端电性连接，CS引脚与功率晶体管M5的漏极电性连接。
较佳地，所述充电芯片包括电流源Is1、电流源Is2；所述电流源Is1的两端分别与充电芯片的SYS引脚、BAT引脚电性连接；上述电路经电流源Is2输出监测电流。
采用上述方案，本发明的有益效果是：
监测电池充放电的电路简单，较易地集成到充电芯片中，节省了成本；利用这种充电芯片制作的电池电量计量系统，可以精确地计量电池的电量，并且不需要增加额外的电池电量计量芯片。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的监测电池充放电的电路图；
其中，附图标识说明：
1—充电芯片， 2—微处理器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
参照图1至2所示，本发明提供一种监测电池充放电的电路，包括运算放大器A1、运算放大器A2、比较器C1、功率晶体管M1、功率晶体管M2、功率晶体管M3、功率晶体管M4、功率晶体管M5；所述比较器C1的同相输入端与运算放大器A2的同相输入端电性连接，反相输入端与运算放大器A1的同相输入端电性连接；所述运算放大器A1的反相输入端分别与功率晶体管M2的漏极、功率晶体管M4的源极电性连接，输出端与功率晶体管M4的栅极电性连接；所述运算放大器A2的反相输入端分别与功率晶体管M3的源极、功率晶体管M5的源极电性连接，输出端与功率晶体管M5的栅极电性连接；所述功率晶体管M1的漏极与比较器C1的反相输入端电性连接，源极与比较器C1的同相输入端电性连接；所述功率晶体管M2的源极与运算放大器A2的同相输入端电性连接；所述功率晶体管M3的漏极与功率晶体管M1的漏极电性连接；所述功率晶体管M4的漏极与功率晶体管M5的漏极电性连接；所述功率晶体管M1、功率晶体管M2、功率晶体管M3三者的栅极依次电性连接。
本发明还公开了一种基于上述监测电池充放电的电路的电量计量系统，其包括充电芯片1、微处理器2、电阻Rcs、上述电路；上述电路集成于充电芯片1中；所述充电芯片1的CS引脚、STA引脚分别与微处理器2电性连接；所述充电芯片1的CS引脚还与电阻Rcs电性连接后接地。
其中，所述充电芯片1的SYS引脚与比较器C1的同相输入端电性连接，STA引脚与比较器C1的输出端电性连接，BAT引脚与比较器C1的反相输入端电性连接，CS引脚与功率晶体管M5的漏极电性连接。所述充电芯片1包括电流源Is1、电流源Is2；所述电流源Is1的两端分别与充电芯片1的SYS引脚、BAT引脚电性连接；上述电路经电流源Is2输出监测电流。
本发明工作原理：
如图1所示，监测电池充放电的电路集成于充电芯片1中。充电芯片1的IN引脚接适配器或者USB，是电源输入端；SYS引脚接下级负载系统；BAT引脚接电池，电池的充电或者放电电流的大小为I；CS引脚输出监测电流，这个监测电流与电池充电或者放电电流I成某个固定比例K。监测电流经过监测电阻Rcs，转换为电压，提供给微处理器2；STA引脚用来指示电池的充电或者放电状态，若是充电状态，则STA输出逻辑高电平；若是放电状态，则STA输出逻辑低电平。微处理器2用来监测CS引脚的电压和STA引脚的状态，并对CS引脚的电压进行时间积分。
当电池处于充电状态，STA引脚输出逻辑高电平给微处理器2，微处理器2计算充电的电量为正值，公式为：
当电池处于放电状态，STA引脚输出逻辑低电平给微处理器2，微处理器2计算放电的电量为负值，公式为：
因此，通过充电芯片1的CS引脚和STA引脚，微处理器2可以实时地对电池的电量进行计量。
如图2所示，功率晶体管M1为用来充电或者放电的功率晶体管，功率晶体管M2和功率晶体管M3与功率晶体管M1形成电流镜，分别用来监测功率晶体管M1的充电电流和放电电流。功率晶体管M1的尺寸是功率晶体管M2或者功率晶体管M3的K倍。运算放大器A1和功率晶体管M4组成的反馈环路使节点N3和N2虚短，形成相等的电压，这样功率晶体管M2和功率晶体管M1的漏极电压就会相等，从而功率晶体管M2的电流等于功率晶体管M1的1/K。这个电流流经功率晶体管M4到达充电芯片1的CS引脚。同理，运算放大器A2和功率晶体管M5组成的反馈环路使节点N5和N1虚短，形成相等的电压，这样功率晶体管M3和功率晶体管M1的漏极电压就会相等，从而功率晶体管M3的电流等于功率晶体管M1的1/K。这个电流流经功率晶体管M5到达充电芯片1的CS引脚。
在电池充电阶段，充电芯片1的SYS引脚电压高于BAT引脚电压，比较器C1输出逻辑高电平。功率晶体管M3导通，使N5低于N1，运算放大器A2输出高电平关断功率晶体管M5，从而只有充电监测电流从功率晶体管M4流向CS引脚。CS引脚电流的大小为电池充电电流的1/K。
在电池放电阶段，充电芯片1的SYS引脚电压低于BAT引脚电压，比较器C1输出逻辑低电平。功率晶体管M2导通，使N3低于N2，运算放大器A1输出高电平关断功率晶体管M4，从而只有放电监测电流从功率晶体管M5流向CS引脚。CS引脚电流的大小为电池放电电流的1/K。
因此，监测电池充放电的电路可以成比例地将电池充电或者放电的电流输出到CS引脚。STA引脚的逻辑电平指示出电池充电或者放电的状态。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于监测电池充放电的电路的电量计量系统，其特征在于，包括监测电池充放电的电路，所述监测电池充放电的电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、比较器C1、功率晶体管M1、功率晶体管M2、功率晶体管M3、功率晶体管M4、功率晶体管M5；所述比较器C1的同相输入端与运算放大器A2的同相输入端电性连接，反相输入端与运算放大器A1的同相输入端电性连接；所述运算放大器A1的反相输入端分别与功率晶体管M2的漏极、功率晶体管M4的源极电性连接，输出端与功率晶体管M4的栅极电性连接；所述运算放大器A2的反相输入端分别与功率晶体管M3的源极、功率晶体管M5的源极电性连接，输出端与功率晶体管M5的栅极电性连接；所述功率晶体管M1的漏极与比较器C1的反相输入端电性连接，源极与比较器C1的同相输入端电性连接；所述功率晶体管M2的源极与运算放大器A2的同相输入端电性连接；所述功率晶体管M3的漏极与功率晶体管M1的漏极电性连接；所述功率晶体管M4的漏极与功率晶体管M5的漏极电性连接；所述功率晶体管M1、功率晶体管M2、功率晶体管M3三者的栅极依次电性连接；
该电量计量系统还包括充电芯片、微处理器、电阻Rcs；所述监测电池充放电的电路集成于充电芯片中；所述充电芯片的CS引脚、STA引脚分别与微处理器电性连接；所述充电芯片的CS引脚还与电阻Rcs电性连接后接地。
2.根据权利要求1所述的电量计量系统，其特征在于，所述充电芯片的SYS引脚与比较器C1的同相输入端电性连接，STA引脚与比较器C1的输出端电性连接，BAT引脚与比较器C1的反相输入端电性连接，CS引脚与功率晶体管M5的漏极电性连接。
3.根据权利要求2所述的电量计量系统，其特征在于，所述充电芯片包括电流源Is1、电流源Is2；所述电流源Is1的两端分别与充电芯片的SYS引脚、BAT引脚电性连接；所述的监测电池充放电的电路经电流源Is2输出监测电流。
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