CN110504504A - 一种基于单芯片的电池电量指示电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单芯片的电池电量指示电路，由电池电量指示芯片、限流电阻、第一电量指示灯、第二电量指示灯、第三电量指示灯、第四电量指示灯和欠压指示灯组成，电池电量指示芯片中集成有电源电路、电压采样电路、基准电压产生电路、电压比较电路和指示灯控制电路。本发明与传统电池电量指示方案相比，采用了封装有集成电路的单芯片，使得整个方案仅需六个引脚便能控制包括欠压指示灯在内的五个指示灯，从而省掉了大量的外围器件，大大地降低了电路的复杂度和功耗，既缩小了电路体积，又降低了生产和使用成本；并且本发明在基准电压产生电路中引入了温度补偿，从而使得本方案拥有更高的电压精度，整个电路的可靠性大大增加。

Description

一种基于单芯片的电池电量指示电路
技术领域
本发明涉及一种电池电量指示电路，具体涉及一种基于单芯片的电池电量指示电路。
背景技术
目前，市场上的电动车、移动电源等在充电或者放电时均需要进行电量指示，并且所采用的电量指示方式大多都是通过如图3所示的四个电量指示灯来实现的。对于上述具有四个电量指示灯的电池而言，现有技术主要通过分立元件搭建电压比较电路来控制指示灯的亮灭，即一组电压比较器控制一个电量指示灯，或者通过单片机的四个引脚来控制四个电量指示灯的亮灭，即一个引脚控制一个电量指示灯。
上述两种方案中，前者的传统方案是采用如图4所示的四电压比较器芯片LM339，其中I1-、I1+、O1构成第一组电压比较器，I2-、I2+、O2构成第二组电压比较器，以此类推，构成四组电压比较器，由于这些点比较器的基准电压电路及取样电压电路均由分立元件搭成，因此存在外围器件多、电路复杂、待机电流大、成本高，低温下电池容量差等缺点，而且传统方案不带温度补偿所以还存在电压精度低、可靠性较差等问题；后者由于使用单片机，虽然电路简单，但单片机价格偏贵，因此生产成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于单芯片的电池电量指示电路，以实现简化电路结构，缩小电路体积，降低生产和使用成本，提高电压精度和可靠性的目的。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于单芯片的电池电量指示电路，由电池电量指示芯片、限流电阻、第一电量指示灯、第二电量指示灯、第三电量指示灯、第四电量指示灯和欠压指示灯组成；
所述电池电量指示芯片的内部设计有具有电压采样、基准电压生成、电压比较和指示灯控制功能的集成电路，且所述电池电量指示芯片的外部引出6根引脚，分别为用于连接电池电压端的第一引脚、用于控制电池欠压电量所述对应的指示灯亮灭的第二引脚、用于控制电池一级电量所对应的指示灯亮灭的第三引脚、用于控制电池二级电量所对应的指示灯亮灭的第四引脚以及用于控制电池三级电量所对应的指示灯亮灭的第五引脚、用于连接接地端及控制电池四级电量所对应的指示灯亮灭的第六引脚；
所述限流电阻、所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯和所述第四电量指示灯依次串联在所述电池电压端与所述接地端之间；所述第一引脚接入所述电池电压端，所述第二引脚通过所述欠压指示灯接入所述限流电阻和所述第一电量指示灯之间，所述第三引脚接入所述第一电量指示灯和所述第二电量指示灯之间，所述第四引脚接入所述第二电量指示灯和所述第三电量指示灯之间，所述第五引脚接入所述第三电量指示灯和所述第四电量指示灯之间，所述第六引脚接入所述接地端。
进一步的，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯、所述第四电量指示灯和所述欠压指示灯均采用发光二极管。
进一步的，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯和所述第四电量指示灯的正极均与所述电池电压端连接，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯的所述第四电量指示灯的负极均与所述接地端连接。
进一步的，所述欠压指示灯的正极与所述电池电压端连接，所述欠压指示灯的负极与所述第二引脚连接。
进一步的，当电池电压位于电池四级电量范围内时，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯和所述第四电量指示灯点亮；当电池电压位于电池三级电量范围内时，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯和所述第三电量指示灯点亮；当电池电压位于电池二级电量范围内时，所述第一电量指示灯和所述第二电量指示灯点亮状态；当电池电压位于电池一级电量范围内时，所述第一电量指示灯点亮；当电池电压位于电池欠压电量范围内时，所述欠压指示灯点亮。
进一步的，所述的电池四级电量的范围为大于等于48V，所述的电池三级电量的范围为大于等于46V且小于48V之间，所述的电池二级电量的范围为大于等于44V且小于46V之间，所述的电池一级电量的范围为大于等于42V且小于44V之间，所述的电池欠压电量的范围为小于42V。
进一步的，所述限流电阻的电阻为10kΩ。
进一步的，所述电池电量指示芯片采用小体积封装，其内部集成有电源电路、电压采样电路、基准电压产生电路、电压比较电路以及指示灯控制电路；其中，
所述电源电路分别与所述电压采样电路、所述基准电压产生电路、所述电压比较电路和所述指示灯控制电路连接，负责为所述电压采样电路、所述基准电压产生电路、所述电压比较电路和所述指示灯控制电路提供电源；
所述电压采样电路与所述电压比较电路连接，负责采集被指示电池的电压信息，为所述电压比较电路提供被指示电池的电压；
所述基准电压产生电路与所述电压比较电路连接，负责产生稳定的基准电压，为所述电压比较电路提供电压基准；
所述电压比较电路与所述指示灯控制电路连接，负责通过比较所述电压采样电路采集的电池电压与所述电压比较电路提供的基准电压确定电池电量标准；
所述指示灯控制电路负责根据所述电压比较电路确定的电池电量标准控制各种对应指示灯的开闭。
进一步的，所述基准电压产生电路中采用温度补偿设计，以增强所述电池电量指示芯片内部集成电路的电压精准度和电路可靠性；具体方式为，所述基准电压产生电路中包含有BG电路和LDO线性稳压电路，所述BG电路和所述LDO线性稳压电路均由所述电源电路供电，所述BG电路负责产生经过温度补偿的基准电压，并输送至所述LDO线性稳压电路，所述LDO线性稳压电路负责将经过温度补偿的基准电压进行稳压后得到最终基准电压，并输送至所述电压比较电路。
本发明的工作原理如下：
电源电路对其它电路模块进行供电，电压采样电路采集被指示电池电压信息，基准电压产生电路产生稳定的基准电压给电压比较电路提供电压基准，电压比较电路通过比较采样电路采集的电池电压与基准电压确定电量标准，最后通过指示灯控制电路控制指示灯开闭。
当电池电压位于电池四级电量范围内时，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯和所述第四电量指示灯均处于点亮状态，表示电池满电，所述欠压指示灯则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池三级电量范围内时，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯和所述第三电量指示灯均处于点亮状态，表示电池存有四分之三的电量，所述第四电量指示灯和所述欠压指示灯则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池二级电量范围内时，所述第一电量指示灯和所述第二电量指示灯均处于点亮状态，表示电池存有二分之一的电量，所述第三电量指示灯、所述第四电量指示灯和所述欠压指示灯则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池一级电量范围内时，所述第一电量指示灯处于点亮状态，表示电池存有四分之一的电量，所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯、所述第四电量指示灯和所述欠压指示灯则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池欠压电量范围内时，所述欠压指示灯处于点亮状态，表示电池电量不足，所述第一电量指示灯、所述第二电量指示灯、所述第三电量指示灯和所述第四电量指示灯则处于熄灭状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
本发明与传统电池电量指示方案相比，采用了封装有集成电路的单芯片，该单芯片通过电路优化，使得整个电池电量指示方案仅需包括接电、接地在内的六个引脚便能控制包括欠压指示灯在内的五个电量指示灯，从而改变了I/O口的连接顺序，省掉了大量的外围器件，大大地降低了电路的复杂度和功耗，既缩小了电路体积，又降低了生产和使用成本；并且本发明在基准电压产生电路中引入了温度补偿，从而使得本发明的电池电量指示方案拥有更高的电压精度，整个电路的可靠性大大增加。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明基于单芯片的电池电量指示电路的电路连接示意图。
图2是本发明电池电量指示芯片的内部电路框图。
图3是现有技术的四指示灯电量指示电路图。
图4是现有技术的四指示灯电量指示电路所采用的四电压比较 器芯片LM339外部结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图1所示，一种基于单芯片的电池电量指示电路，由电池电量指示芯片1、限流电阻R1、第一电量指示灯D1、第二电量指示灯D2、第三电量指示灯D3、第四电量指示灯D4和欠压指示灯D5组成。并且，所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3、所述第四电量指示灯D4和所述欠压指示灯D5均采用发光二极管。
所述电池电量指示芯片1的内部设计有具有电压采样、基准电压生成、电压比较和指示灯控制功能的集成电路，且所述电池电量指示芯片1的外部引出6根引脚，分别为用于连接电池电压端VDD的第一引脚PIN1、用于控制电池欠压电量所述对应的指示灯亮灭的第二引脚PIN2、用于控制电池一级电量所对应的指示灯亮灭的第三引脚PIN3、用于控制电池二级电量所对应的指示灯亮灭的第四引脚PIN4以及用于控制电池三级电量所对应的指示灯亮灭的第五引脚PIN5、用于连接接地端GND及控制电池四级电量所对应的指示灯亮灭的第六引脚PIN6。
所述限流电阻R1、所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3和所述第四电量指示灯D4依次串联在所述电池电压端VDD与所述接地端GND之间；且所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3和所述第四电量指示灯D4的正极均与所述电池电压端VDD连接，所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3的所述第四电量指示灯D4的负极均与所述接地端GND连接。
所述第一引脚PIN1接入所述电池电压端VDD；所述第二引脚PIN2通过所述欠压指示灯D5接入所述限流电阻R1和所述第一电量指示灯D1之间，且所述欠压指示灯D5的正极与所述电池电压端VDD连接，所述欠压指示灯D5的负极与所述第二引脚PIN2连接；所述第三引脚PIN3接入所述第一电量指示灯D1和所述第二电量指示灯D2之间；所述第四引脚PIN4接入所述第二电量指示灯D2和所述第三电量指示灯D3之间；所述第五引脚PIN5接入所述第三电量指示灯D3和所述第四电量指示灯D4之间；所述第六引脚PIN6接入所述接地端GND。
参见图2所示，所述电池电量指示芯片1采用小体积封装，其内部集成有电源电路101、电压采样电路102、基准电压产生电路103、电压比较电路104以及指示灯控制电路105；其中，
所述电源电路101分别与所述电压采样电路102、所述基准电压产生电路103、所述电压比较电路104和所述指示灯控制电路105连接，负责为所述电压采样电路102、所述基准电压产生电路103、所述电压比较电路104和所述指示灯控制电路105提供电源；
所述电压采样电路102与所述电压比较电路104连接，负责采集被指示电池的电压信息，为所述电压比较电路104提供被指示电池的电压；
所述基准电压产生电路103与所述电压比较电路104连接，负责产生稳定的基准电压，为所述电压比较电路104提供电压基准；
所述基准电压产生电路103中还采用了温度补偿设计，以增强所述电池电量指示芯片1内部集成电路的电压精准度和电路可靠性；具体方式为，所述基准电压产生电路103中包含有BG电路103a和LDO线性稳压电路103b，所述BG电路103a和所述LDO线性稳压电路103b均由所述电源电路101供电，所述BG电路103a负责产生经过温度补偿的基准电压，并输送至所述LDO线性稳压电路103b，所述LDO线性稳压电路103b负责将经过温度补偿的基准电压进行稳压后得到最终基准电压，并输送至所述电压比较电路104；
所述电压比较电路104与所述指示灯控制电路105连接，负责通过比较所述电压采样电路102采集的电池电压与所述电压比较电路104提供的基准电压确定电池电量标准；
所述指示灯控制电路105负责根据所述电压比较电路104确定的电池电量标准控制各种对应指示灯的开闭。
本发明的工作原理为：电源电路101对其它电路模块进行供电，电压采样电路102采集被指示电池电压信息，基准电压产生电路103产生稳定的基准电压给电压比较电路104提供电压基准，电压比较电路104通过比较电压采样电路102采集的电池电压与基准电压确定电量标准，最后通过指示灯控制电路105控制指示灯开闭。
以所述限流电阻R1的电阻为10kΩ，所述的电池四级电量的范围为大于等于48V，所述的电池三级电量的范围为大于等于46V且小于48V之间，所述的电池二级电量的范围为大于等于44V且小于46V之间，所述的电池一级电量的范围为大于等于42V且小于44V之间，所述的电池欠压电量的范围为小于42V为例，电量指示灯的开闭情况如下：
当电池电压大于等于48V时，所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3和所述第四电量指示灯D4均处于点亮状态，表示电池满电，所述欠压指示灯D5则处于熄灭状态；
当电池电压大于等于46V且小于48V时，所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2和所述第三电量指示灯D3均处于点亮状态，表示电池存有四分之三的电量，所述第四电量指示灯D4和所述欠压指示灯D5则处于熄灭状态；
当电池电压大于等于44V且小于46V时，所述第一电量指示灯D1和所述第二电量指示灯D2均处于点亮状态，表示电池存有二分之一的电量，所述第三电量指示灯D3、所述第四电量指示灯D4和所述欠压指示灯D5则处于熄灭状态；
当电池电压大于等于42V且小于44V时，所述第一电量指示灯D1处于点亮状态，表示电池存有四分之一的电量，所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3、所述第四电量指示灯D4和所述欠压指示灯D5则处于熄灭状态；
当电池电压小于42V时，所述欠压指示灯D5处于点亮状态，表示电池电量不足，所述第一电量指示灯D1、所述第二电量指示灯D2、所述第三电量指示灯D3和所述第四电量指示灯D4则处于熄灭状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：由电池电量指示芯片（1）、限流电阻（R1）、第一电量指示灯（D1）、第二电量指示灯（D2）、第三电量指示灯（D3）、第四电量指示灯（D4）和欠压指示灯（D5）组成；
所述电池电量指示芯片（1）的内部设计有具有电压采样、基准电压生成、电压比较和指示灯控制功能的集成电路，且所述电池电量指示芯片（1）的外部引出6根引脚，分别为用于连接电池电压端（VDD）的第一引脚（PIN1）、用于控制电池欠压电量所述对应的指示灯亮灭的第二引脚（PIN2）、用于控制电池一级电量所对应的指示灯亮灭的第三引脚（PIN3）、用于控制电池二级电量所对应的指示灯亮灭的第四引脚（PIN4）以及用于控制电池三级电量所对应的指示灯亮灭的第五引脚（PIN5）、用于连接接地端（GND）及控制电池四级电量所对应的指示灯亮灭的第六引脚（PIN6）；
所述限流电阻（R1）、所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）和所述第四电量指示灯（D4）依次串联在所述电池电压端（VDD）与所述接地端（GND）之间；所述第一引脚（PIN1）接入所述电池电压端（VDD），所述第二引脚（PIN2）通过所述欠压指示灯（D5）接入所述限流电阻（R1）和所述第一电量指示灯（D1）之间，所述第三引脚（PIN3）接入所述第一电量指示灯（D1）和所述第二电量指示灯（D2）之间，所述第四引脚（PIN4）接入所述第二电量指示灯（D2）和所述第三电量指示灯（D3）之间，所述第五引脚（PIN5）接入所述第三电量指示灯（D3）和所述第四电量指示灯（D4）之间，所述第六引脚（PIN6）接入所述接地端（GND）。
2.根据权利要求1所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）、所述第四电量指示灯（D4）和所述欠压指示灯（D5）均采用发光二极管。
3.根据权利要求2所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）和所述第四电量指示灯（D4）的正极均与所述电池电压端（VDD）连接，所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）的所述第四电量指示灯（D4）的负极均与所述接地端（GND）连接。
4.根据权利要求2所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述欠压指示灯（D5）的正极与所述电池电压端（VDD）连接，所述欠压指示灯（D5）的负极与所述第二引脚（PIN2）连接。
5.根据权利要求1所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：当电池电压位于电池四级电量范围内时，所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）和所述第四电量指示灯（D4）均处于点亮状态，表示电池满电，所述欠压指示灯（D5）则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池三级电量范围内时，所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）和所述第三电量指示灯（D3）均处于点亮状态，表示电池存有四分之三的电量，所述第四电量指示灯（D4）和所述欠压指示灯（D5）则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池二级电量范围内时，所述第一电量指示灯（D1）和所述第二电量指示灯（D2）均处于点亮状态，表示电池存有二分之一的电量，所述第三电量指示灯（D3）、所述第四电量指示灯（D4）和所述欠压指示灯（D5）则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池一级电量范围内时，所述第一电量指示灯（D1）处于点亮状态，表示电池存有四分之一的电量，所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）、所述第四电量指示灯（D4）和所述欠压指示灯（D5）则处于熄灭状态；
当电池电压位于电池欠压电量范围内时，所述欠压指示灯（D5）处于点亮状态，表示电池电量不足，所述第一电量指示灯（D1）、所述第二电量指示灯（D2）、所述第三电量指示灯（D3）和所述第四电量指示灯（D4）则处于熄灭状态。
6.根据权利要求5所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述的电池四级电量的范围为大于等于48V，所述的电池三级电量的范围为大于等于46V且小于48V之间，所述的电池二级电量的范围为大于等于44V且小于46V之间，所述的电池一级电量的范围为大于等于42V且小于44V之间，所述的电池欠压电量的范围为小于42V。
7.根据权利要求6所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述限流电阻（R1）的电阻为10kΩ。
8.根据权利要求1所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述电池电量指示芯片（1）中集成有电源电路（101）、电压采样电路（102）、基准电压产生电路（103）、电压比较电路（104）以及指示灯控制电路（105）；其中，
所述电源电路（101）分别与所述电压采样电路（102）、所述基准电压产生电路（103）、所述电压比较电路（104）和所述指示灯控制电路（105）连接，负责为所述电压采样电路（102）、所述基准电压产生电路（103）、所述电压比较电路（104）和所述指示灯控制电路（105）提供电源；
所述电压采样电路（102）与所述电压比较电路（104）连接，负责采集被指示电池的电压信息，为所述电压比较电路（104）提供被指示电池的电压；
所述基准电压产生电路（103）与所述电压比较电路（104）连接，负责产生稳定的基准电压，为所述电压比较电路（104）提供电压基准；
所述电压比较电路（104）与所述指示灯控制电路（105）连接，负责通过比较所述电压采样电路（102）采集的电池电压与所述电压比较电路（104）提供的基准电压确定电池电量标准；
所述指示灯控制电路（105）负责根据所述电压比较电路（104）确定的电池电量标准控制各种对应指示灯的开闭。
9.根据权利要求8所述的基于单芯片的电池电量指示电路，其特征在于：所述基准电压产生电路（103）中包含有BG电路（103a）和LDO线性稳压电路（103b），所述BG电路（103a）和所述LDO线性稳压电路（103b）均由所述电源电路（101）供电，所述BG电路（103a）负责产生经过温度补偿的基准电压，并输送至所述LDO线性稳压电路（103b），所述LDO线性稳压电路（103b）负责将经过温度补偿的基准电压进行稳压后得到最终基准电压，并输送至所述电压比较电路（104）。
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