CN1088198C - 电池不足检测装置、电源电路以及携带用机器 - Google Patents

电池不足检测装置、电源电路以及携带用机器 Download PDF

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Abstract

本发明提供可检测电源不足的电池不足检测装置，它可在接近电池使用临界值的范围内扩大其使用范围。本发明具有：达到上述电池的使用临界电压时产生一定电压的稳定电压发生电路；从由于上述电力消耗而下降的电力供给线路接收动作电力，对上述稳定电压发生电路的稳定电压进行A/D变换的A/D变换电路；从该A/D变换电路接收A/D变换值，当变换上述一定电压的数字数据值在规定值以上变动时，作为电池不足。

Description

电池不足检测装置、电源电路以及携带用机器
本发明涉及电池不足检测装置、具有该装置的电源电路以及具有该电源电路的携带用机器，更详细地说，本发明涉及在用一个至数个干电池驱动的便携磁带唱机和便携CD唱机等携带用音响机器、照相机等电池驱动的携带用机器的电源电路中，当电池达到使用临界值时可扩大电池使用范围的电池不足检测装置。
以往的耳机立体声和DCC、DAT等的便携磁带唱机、MD、CD等的便携唱片唱机，都是干电池驱动的，其干电池数量是1个到2个。这种装置中的音频电路的电源电压仅为1.2V或2.4V。
在小型照相机中，测光和自动对焦装置或驱动它们的马达等，都是用电池的电力驱动。
在这种电池驱动装置中，通常都内装微型控制器和LCD显示装置(LCD)。检测电池电压并据此判定电池的电力是否在规定值以下，在交换电池时或电池接近使用结束时，由LCD显示电池不足信息。电池不足时切断电力供给。
在本说明书中所谓的电池不足意味着，由于装置的电源电压在规定值以下，切断电源使装置停止工作，更换电池后，达到使用装置的状况。
图5是现有技术中以具有这种电池不足检测装置的电源电路为中心的方块图。
1是电池，电池1的电力经初级输入端的电力输入线路2送到三端子稳压器3(以下称稳压器3)，在这里，由稳压器控制的电力送到从次级输出的电源线路4(Vcc)。电源线路4通常与作为负荷的称为控制用微型电子计算机的控制电路5和音频信号放大电路等信号处理电路6连接。与电池1连接的电力输入线路2和接地GND之间，为了检测电池1的电压，设置了电阻R1和电阻R2的分压电路作为电压检测电路7，由电压检测电路7检测分压电压，控制电路5接收该检测电压。8是显示电池不足和装置动作状态的LCD(液晶显示装置)。
控制电路5在当通常稳压器3的输出一定时，以该输出(分压电压)为基准，通过具有多个并联基准电压比较电路的电压比较形的A/D变换电路(A/D)5a，对上述检测电压进行A/D变换。例如，产生二次4比特的数字值，把检测电压变换成8比特的数字值，控制电路5接收该数字值并与规定的基准值比较，判定是否是电池更换期，或是否接近电池使用结束，并把该信息显示在LCD8。当判定电池不足时，要进行电池不足处理(电池不足显示后，电力切断)。
这里，电压检测电路7并联设置在电池上。因此，正常时有电流流过，消耗电力，而实际上为了减小电力消耗，在该电路中串联插入开关电路，控制电压检测电路7使其定期动作，然而一般情况下都省略了这种控制电路。
图6的图表表示：从电池更换或接近电池使用结束的警告信息到电池不足显示或进行电力切断的2个电池情况下的与输出电压的关系。
电池不足显示或进行电源切断处理的时刻，通常设置在作为基准的稳压器3输出维持一定值的临界点L。图中，曲线A表示电池电压。曲线B是稳压器3的输出电压，C是检测电压。AR(警告)表示的电压值V1是上述基准值，是显示电池交换或接近电池使用结束的信息警告的开始时刻，点E是进行电池不足处理的基准电压值V2。
如图6所示，电池交换期或电池接近使用结束的警告时期T的结束时刻，也就是切断电源停止装置动作的时刻E，设定在稳压器3的输出电压不一定的临界点L或其之前。其理由是：当该输出电压低于一定值时，由于A/D变换的基准值变化，则A/D变换值就不可靠了。在越过上述E点的时刻，通常由控制电路5进行停止装置动作的处理。
然而，实际使用的电池的寿命会更长一些。上述电池不足检测装置，由于利用稳压器输出作为A/D变换的基准电压，因此可保持在一定范围检测电压。因此，在电池使用的临界处，不能设定检测点。结果，这种电池不足检测装置在极临近本来的电池不足前，将产生电池更换期或接近电池使用结束的警告。由于进行了电池更换，则从原来的电池不足来看，电池有浪费使用的倾向。
本发明的目的是解决已有技术的问题，提供可检测电池不足的电池不足检测装置，以使接近电池的使用临界值时，扩大其使用范围。
本发明的另一目的是在接近电池使用临界值的范围，提供可使用其电力的电源电路。
本发明的进一步目的是在接近电池使用临界值的范围，提供可使用其电力的携带用机器。
为了达到上述目的，本发明的电池不足检测装置、电源电路或携带用机器的特征是：在根据电池的电力消耗检测电池不足的电池不足检测装置中，具有在上述电池达到使用临界电压前，产生一定电压的稳压发生电路；根据上述电力消耗，从降低的电力供给线路接受工作电力，对来自上述稳压发生电路的稳定电压进行A/D变换的A/D变换电路；接收从这个A/D变换电路得到的A/D变换值，当变换上述一定电压的数字数据值在规定值以上变动时，即认为电池不足。
具体地说，本发明具有：在达到电池的使用临界电压前，把规定的稳定电压作为输入信号予以接收，把上述稳压器电路的输出电压作为基准电压(为了决定A/D内部的平均1LSB的电压的电压，例如A/D的电源)予以接收，根据该基准电压(电源电压)和上述输入信号产生变换值的A/D变换电路；把对应于在装置的可能动作范围内、在变低至接近上述电池的使用临界侧的电压值时的上述稳压器电路的电压而得到的上述变换值作为基准值，当上述变换值超过该基准值时，进行电池不足检测的电池不足检测装置。
这样，决定A/D内部平均1LSB电压的电压，例如，把该A/D作为与输入信号比较的电压比较形，从稳压器电路的输出接收A/D内部的电源(基准电压)，把基准电压(内部电源)作为变动值，把输入信号作为固定值，根据基准电压值(A/D内部的电源)的变动，可得到A/D变换值。
具有多个电压比较电路的电压比较形的A/D，分别接收模拟输入信号，根据各个比较基准值，把模拟信号二进制化为“0”或“1”，产生1比特变换值。当比较基准电压(内部电源电压)小时，与此相对应，根据与输入信号电压的关系，1比特变换值的值从“0”  变为“1”。结果，A/D变换值由于各个比较基准电压的下降，或者说由于内部电源电压的下降而上升。
根据对于A/D基准电压给出的变动电压，可把电池交换或电池接近使用结束的警告开始时的值，作为A/D变换值，并可据此进行警告时刻的检测。当稳压器输出变低至接近电池使用临界值时，可得到与此相对应的A/D变换值作为检测值，并可由此检测出电池不足。
图1是以适用本发明的电池不足检测装置之实施例的电源电路为中心的电路图。
图2是电池不足检测处理流程图。
图3是从电池交换的警告信息显示到电池不足显示或实施电力切断期间，表示与电池输出电压关系的曲线图。
图4是本发明其他实施例的电池不足检测装置的电路图。
图5是以具有以往电池不足检测装置的电源电路为中心的方块图。
图6是在以往的电源电路中，从电池交换的警告信息显示到电池不足显示或实施电力切断期间，表示定时和电池输出电压关系的曲线图。图中符号表示：
1……电池                2……电力输入线路
3……3端子稳压器         4……电源线路
5、10……控制电路        5a、13……A/D变换器(A/D)
6……信号处理电路        7……电压检测电路
8……LCD                 11……MCU
12……存储器             12a……电池不足检测程序
12b……电池不足显示程序  12c……电源切断程序
12d……初期设定程序      14……基准电压发生电路
15……稳定电压发生电路
图1的本发明申请的电池不足检测装置与图5所示的已有技术中的电池不足检测装置之基本构成的区别是：在A/D的输入端输入稳定电压，当稳压器3不能调节后，根据A/D的基准电压(内部电源电压)的变动，也就是根据稳压器输出(次级)的电压变动，取出A/D变换值，把稳压器的输出电压变动作为A/D变换值。因此，可把接近使用临界值时的电池的电力下降作为A/D变换值。
与图5结构相同的部分用同一符号表示，并省略其说明。
10是控制电路，是用1芯片微型计算机等构成。在其内部，设置以MCU11和ROM为主体的存储器12，以及A/D变换器(A/D)13。A/D13与图5的A/D5a一样，是具有并联的多个基准电压比较电路13a、13b、……13n的电压比较形的A/D。基准电压比较电路13a、13b、……13n的各个基准电压输入端，通过电阻分压电路130分别接收被分压的电压。但是，其准电压比较电路13a的比较输入端直接接收稳压器3的次级输出线路4(Vcc)的电压。
电阻分压电路130由电阻Ra、……Rn的串联电路构成，该电路接在稳压器3的次级输出线路4(电压Vcc)和接地GND之间。次级输出线路4的电压Vcc由接地GND间的各电阻分压。结果，基准电压比较电路13a的基准输入电压为电压Vcc，以后的基准电压比较电路13b、……13n的基准输入电压分别为由各电阻分压的电压。
各个基准电压比较电路13a，13b，……13n一方面接收输入稳定电压Vz，同时把由电阻Ra，……Rn对基准电压VR进行电阻分压产生的上述分压电压作为比较基准电压，把其与输入电压Vz进行比较，产生″0″、″1″信号。存储器12存储电池不足检测程序12a、电池不足显示程序12b、电源切断程序12c、初期设定程序12d、其它控制程序12e。
15是稳定电压发生电路，连接在电池1的输出即电力输入线路2和接地GND之间。该稳定电压发生电路15由电阻R3、齐纳二极管ZD、组成开关电路的晶体管Q的串联电路构成。齐纳二极管ZD的端子与控制电路10的输入端子10a连接，稳定电压Vz加在该端子上。
晶体管Q的基极与控制电路10的输出端10b连接，从该端子接收控制信号。该控制信号从MCU11直接或通过缓冲放大器(图中未示出)送到端子10b。当接收该控制信号的晶体管Q导通时，在齐纳二极管ZD的端子产生稳定电压Vz，该稳定电压Vz经输入端子10a成为A/D13的输入信号。A/D13把稳压器3的输出电压Vcc作为基准电压，并作为各基准电压比较电路13a，13b，……13n的比较基准电压。由此可得到对应于输入信号(一定电压)的A/D变换值。
这里，把作为A/D变换对象的输入信号进行电压固定，当基准变动时，可得到相对于输入信号不同的A/D变换值，据此可检测调整电压的稳压器3的电压变动。
也就是基准电压比较电路13a，13b，……13n对应于各个比较基准值，把输入的模拟输入信号进行“0”  或“1”  的二进制化处理，分别产生1比特变换值。  当稳压器3的输出电压下降，各个比较基准电压变小时，根据与此相应的输入信号和比较电压的关系，1比特变换值从“0”变为“1”。结果，A/D变换值因比较基准电压的下降，换言之，因A/D内部电源电压的下降而上升。
因此，根据与稳定电压Vz和电压Vcc相关的A/D变换得到的数字值的变换数据，表示电池的电压下降。图3表示2个电池情况下的输出电压与该A/D变换值的关系。电池1的电压越过维持稳压器3的一定输出电压的输出电压(图6的电池不足点L，它与图3的点L相同)附近，并接收电池1或稳压器3的输出，则该装置在可能的动作范围而且是达到接近电池1使用临界值的点P的电压值V3范围，通过基准电压比较形的简单A/D，可得到相对于稳定电压Vz(图1是Vz＝1.7V的例子)的A/D变换值。
图3的点P对应于A/D变换值的曲线D的基准值Rf2，这样，装置内的电路可能动作，而且与接近电池1使用临界点的位置大致一样。本例中，当A/D变换值越过基准值Rf2时，可检测出电池不足。
16是在电池1和稳压器3之间由模拟开关等构成的电源开关电路，其控制端子与控制电路10的输出端子10C连接，从端子10C接收控制信号。该控制信号也可以直接从MCU11或通过缓冲放大器(图中未示出)等由端子10C送出。
17是进行接通操作的起动开关。
当起动开关17接通时，电源电压Vcc供给控制电路10，此时开始起动初期设定程序12d。由于该程序的实行，MCU11在端子10C产生高电平(以下称“H”)的控制信号，使电源开关电路16接通。同时，把初期设定的控制信号送到装置内部的各电路。因此，由稳压器3产生的一定电压的电力，供给装置内部的各电路。
电池不足检测程序12a是定期插入处理程序，具有把图3所示的A/D变换值Rf1、Rf2作为基准值的比较基准数据，如图2所示，经过一定时间(例如16msec)MCU11工作。根据该程序，MCU11在端子10b产生“H”的控制信号(步骤100)。因此，晶体管Q接通。等待一定时间(步骤101)，MCU11从A/D 13写入其A/D变换的数据(步骤102)。此后，MUC11把端子10b的电压变为低电平(以下称“L”)(步骤103)。接着，A/D变换值进行是否在基准值Rf1以上的判定(步骤104)。当其判定结果为否时，向LCD8送出电池正常显示的信息(步骤105)，该处理结束。
另一方面，当步骤104的判定结果为“是”时，向LCD8送出电池交换或接近电池使用结束的警告显示信息(步骤106)，其次，进行A/D变换值是否在基准值Rf2以上的判定(步骤107)。当该判定结果为″否″时，处理结束。当步骤107的判定结果为″是″时，则在规定时间内反复进行几次与上述步骤107同样的判定，对减少的电源电压进行时间监视，当同样的判定结果在一定期间以上继续时，则检测出了电池不足，使端子10c的控制信号为“L”，切断从电池1的电力供给(电池电力切断)(步骤108)。然而，此时若电源电压上升，A/D变换值在基准值Rf2以下，则也可不进行上述电池电力切断处理。
用于判定的基准值Rf2的值，如前所述，对应于图3点P位置的曲线D的电压值。直到点P的位置都可使用电池1的电力。也就是电压正常时的A/D变换值作为一定电压之间的比较，维持一定值。当稳压器3的输出从一定电压值开始下降时，基准电压值下降，然而由于输入一定，则A/D变换值上升(参照曲线D)。对应于初期上升点的电压是用于判定的基准值Rf1。
本发明从对应于基准值Rf1的变换值的时刻起，开始电池交换时期或者电池接近使用结束的警告。该时刻与已往的电池1的电池不足显示或电池切断时刻大约相同。这里，根据该A/D变换值的电池电压检测是对应于稳压器3的输出，一直进行到点P的电池使用临界值。点P是装置的动作可能范围。接近点P的曲线D上升点的结束点电压是上述的基准值Rf2。
这时，直到点P位置附近也可得到A/D变换值，由于齐纳二极管ZD的电压保持一定值，A/D13变换值并不损害其可靠性。本实施中，由次级的稳压器3输出而得到A/D变换的基准电压，因此加在信号处理电路6和控制电路10的电压也为检测电压。在该点，其动作临界值都能检测。
图4删除了稳压器3，把稳压电路15接在电源输入线路2的输出和接地GND之间，把稳压电路15的电阻R3和晶体管Q换成1个MOSFET18。该电路中，被删除的图1电阻R3的电阻值，相应于MOSFET18接通时的电阻值。其动作与图1的实施例一样。
因为接通的MOSFET是电阻，在图1实施例中，可把连接栅极和源极或栅极和漏极的二极管连接的MOSFET替换电阻R3。
如上所述，实施例的A/D13仅是其中一例，也可采用逐次比较型、积分型、斩波型等A/D变换器或简单的电压比较电路。
本发明的上述稳压电路，由于可在电池不足的电池电压时产生基准电压，因此，既使稳压器的输出变化，也可与以该变化为条件而产生基准电压的电路的稳压器输出连接。
实施例中控制电路的内部构成，可以把MCU换成MPU、CPU等控制电路，也可以用门陈列构成。而且，稳压发生电路不限于实施例的电路，作为开关即使不是晶体管Q和MOSFET18也可以。但是删除晶体管Q和MOSFET18情况下，增加消耗电流。
作为电池不足检测对象的电池，采用了锰电池、碱电池、锂离子二次电池等，即所谓的干电池。
如上所述，本发明中，决定每个A/D内部的1LSB的电压的电压，例如，把该A/D作为与输入信号进行电压比较的电压比较形，从稳压器电路的输出接收A/D内部的电源(基准电压)，把基准电压(内部电源)作为变动值，把输入信号作为固定值，由于可根据基准电压值(A/D内部的电源)的变动得到A/D变换值，可把电池交换或电池接近使用结束的警告开始点作为A/D变换值而得到，因此可据此进行警告时刻的检测。当稳压器输出低于电池使用临界值时，可把此时的A/D变换值作为检测值而得到，并据此可检测电池不足。
结果，把已往装置电源切断或电池不足信息显示的范围延长到接近本来电池寿命的期限，进行电池不足检测，因此可使电池的使用接近电池的寿命临界值。例如，在携带式CD中，一次电池更换可使演奏时间拉长。更换的频度减少，可达到电池的有效使用。

Claims (10)

1.作为携带用机器的电源而安装的电池消耗了电力，在检测上述电池电压下降时的使用临界电压的电池不足检测装置具有：
用相应于上述电池电压而变动的电源电压驱动的A/D变换电路；
在直至达到与上述A/D变换电路的输入连接的上述使用临界电压时，产生一定电压的具有齐纳二极管的稳定电压发生电路；
由1芯片微型计算机构成的，通过执行的程序控制上述A/D变换电路的工作以及上述携带机器的工作的控制电路，
由于上述电源电压下降，上述A/D变换电路的平均1LSB比特的电压变小，变换上述一定电压的数字数据值相对上升，当上述已变换的数字数据值变成比上述控制电路中预先设定的规定数字值还大时，把其作为动作临界电压，进行电池不足检测动作。
2.权利要求1记载的电池不足检测装置，其特征在于上述电池可从锰电池、碱电池、锂离子二次电池中任选。
3.权利要求1记载的电池不足检测装置，其特征在于上述规定的数字值被设置了多个，把上述多个中的最大值作为上述动作的临界电压。
4.权利要求1记载的电池不足检测装置，其特征在于从上述电池接受电力，具有把稳压的输出电压作为上述电源电压并输出电力的稳压器，上述电源电压是上述稳压器的输出电压。
5.权利要求4记载的电池不足检测装置，其特征在于上述电池不足动作是切断设置在上述电池和上述稳压器之间的开关电路。
6.在根据电池的电力消耗检测电池不足的电池不足检测装置中具有，直至达到上述电池的使用临界电压时产生一定电压的稳定电压发生电路；从由于上述电力消耗而下降的电力供给线路接收动作电力，对上述稳定电压发生电路的稳定电压进行A/D变换的A/D变换电路；从该A/D变换电路接收A/D变换值，当变换上述一定电压的数字数据值在规定值以上变动时，作为电池不足。
7.作为携带用机器的电源而安装的电池消耗了电力，在具有检测上述电池电压下降时的使用临界电压的电池不足检测装置的电源电路中具有：
用相应于上述电池电压而变动的电源电压驱动的A/D变换电路；
在直至达到与上述A/D变换电路的输入连接的上述使用临界电压时，产生一定电压的稳定电压发生电路；
控制上述A/D变换电路的工作以及上述携带机器的工作的控制电路；
由于上述电源电压下降而上述A/D变换电路的平均1LSB比特的电压变小，则变换上述一定电压的数字数据值相对上升，当与上述控制电路中预先设定的规定数字值相比较，上述已变换的数字数据值变大时，把其作为动作临界电压，进行电池不足动作的电源电路。
8.权利要求6记载的电源电路，其特征在于上述稳定电压发生电路具有齐纳二极管，上述控制电路由1芯片微型计算机构成，通过其执行的程序，控制上述A/D变换电路的工作以及上述携带机器的工作。
9.作为电源安装的电池消耗了电力，在具有检测上述电池电压下降时的使用临界电压的电池不足检测装置的携带用机器中具有：
用相应于上述电池电压而变动的电源电压驱动的A/D变换电路；
直至达到与上述A/D变换电路的输入连接的上述使用临界电压时，产生一定电压的稳定电压发生电路；
控制上述A/D变换电路的工作以及上述携带机器的工作的控制电路；
由于上述电源电压下降而上述A/D变换电路的平均1LSB的电压变小，则变换上述一定电压的数字数据值相对上升，当与上述控制电路中预先设定的规定数字值相比较，上述已变换的数字数据值变大时，把其作为动作临界电压，进行电池不足动作的电源电路。
10.权利要求9记载的携带用机器，其特征在于上述稳定电压发生电路具有齐纳二极管，上述控制电路由1芯片微型计算机构成，通过其执行的程序，控制上述A/D变换电路的工作以及上述携带机器的工作。
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