CN1971302A - 电压极性变换电路以及电池充放电电流检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种电压极性变换电路，可将输入端的双极性电压转换为单极性的电压信号输出。其由基准源，分压电阻R1，R2，输入端Vin，输出端Vout组成。基准源提供恒定电压输出，由分压电阻R2进行分压后叠加到输入电压Vin上作为Vout输出。该电路不仅可实现双极性电压到单极性电压信号的转化，也可将微小电压信号进行抬升以满足后端器件的处理要求。将该电压极性变换电路的输出端Vout连接到微处理器或是数字信号处理芯片就可构成一种电池充放电电流检测电路。

Description

电压极性变换电路以及电池充放电电流检测电路和方法

【技术领域】

本发明涉及一种电池充放电电流的检测电路，特别是指一种使用了可把双极性电压转换为单极性电压信号的电压极性变换电路的电池充放电电流检测电路。

【背景技术】

当前电子产品向微型化和集成化发展，要求把最多的功能压到最少的空间中去，这直接造成了智能电池的出现。智能电池是指具有一定逻辑性的电池，其必须具备报告自身充电/放电电流大小的功能。

电池充电/放电电流的检测一般是通过检测某个已知阻值电阻上的电压计算得出。由于充放电时通过电阻的电流流向不同，电阻上检测到的电压信号就会出现正负。而微处理器(MCU)集成模数转换器(ADC)只能检测单极性的电压信号。要检测这种双极性的电压信号。业界常用如图1所示的电压检测电路，因为电压输入端A/D Input在充放电中的电压分别为正负，所以它分别分别经过两个运放放大输出两路信号到MCU或DSP内部的两路ADC，转换为数字信号。图中上方的运放放大倍数K1为负，下方的运放放大倍数K2为正，MCU或数字信号处理芯片(DSP)可以通过软件算法判断输入信号的正负，电压信号的大小则通过选择不同的ADC通道的采样值获得。当Vin＞0时，MCU或DSP选取经下方运放放大和内部ADC转换后的值做实际电压值作为电压的大小(Vin＞0，K2＞0，所以Vin*K2＞0)；当Vin＜0时，MCU或DSP则取经上方运放放大和内部ADC转换后的值作为电压的大小(Vin＜0，K2＜0，所以Vin*K2＞0)，这样就采样到了正负极电压信号。

上述检测电路虽然通过使用两路ADC可以完成电压检测，但这样无疑大大增加了检测电路的复杂性和产品的成本。如果能把双极性电压信号转换为单极性信号，就可以解决以上问题，使用一路ADC进行检测即可.

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种可将输入端的双极性电压转换为单极性电压信号进行输出的电压极性转换电路。

本发明的另一目的是提供一种使用电压极性转换电路的电池充放电电压检测的电路和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电压极性变换电路，包括两个串联的分压电阻R1、R2，在电阻R1、R2的两端的分别接电池电压信号Vin和一基准源电压AREF，所述基准源电压AREF与输入端Vin最大负电压绝对值的比值大于分压电阻R1与R2的比值，在电阻R1、R2间连接一输出端Vout。所述电阻R1、R2间还连接一滤波电容，该电容的另一端接地。

将上述电压极性变换电路的输出端Vout连接到微处理器或是数字信号处理芯片就可构成一种电池充放电电流检测电路。

本发明的进一步改进是将所述输出端Vout连接到一运算放大器的正向输入端，运算放大器的输出端连接到微处理器或是数字信号处理芯片，运算放大器的输出端和负向输入端设有可调整信号放大倍数的负反馈电阻支路。

本发明还包括一种电池充放电电流的检测方法，包括如下步骤：

a.采样电池的待测电压Vin；

b.根据待测电压Vin的正负值范围，选取一适当的基准源电压AREF，基准源电压AREF和待测电压Vin分别叠加在两个串联的电阻R1、R2的两端，该基准源电压AREF和待测电压Vin的关系满足：(AREF*R2+Vin*R1)/(R1+R2)＞0；

c.将叠加后电阻R1、R2中间点的电压作为采样电压送到微处理器或数字信号处理芯片处理，进而判断电池的充电或放电电流值。

本发明的优点在于：电路简单，易于设计和生产；使用较少的器件实现了电压极性转换功能，较好地控制了成本；可将微小电压信号整体抬升至一定电压范围，便于MCU或其他后端器件进行处理。

下面参照附图结合实例对本发明作进一步的说明。

【附图说明】

图1是现有技术中的电池充放电电流的检测电路。

图2是本发明的电压极性变换电路。

图3是使用本发明电压极性变换电路的电池充放电电流的检测电路。

【具体实施方式】

请参考图2，本发明电压极性变换电路包括两个串联的分压电阻R1、R2，在电阻R1、R2的两端的分别接电池电压信号Vin和一固定的基准源电压AREF，在电阻R1、R2间连接一输出端Vout，在电阻R1、R2间还连接一电容C1，该电容C1的另一端接地，该电容C1主要起滤波的作用。

输出端Vout与输入端Vin的关系公式如下：

Vout＝(AREF-Vin)*R2/(R1+R2)+Vin

    ＝(AREF*R2+Vin*R1)/(R1+R2)

本发明中元器件具体参数的确定：

要把双极性电压转换为单极性电压，Vout必须为正，根据以上Vout与vin的关系公式，即：

(AREF*R2+Vin*R1)/(R1+R2)＞0

(AREF*R2+Vin*R1)＞0

-AREF/Vin＞R1/R2

AREF/|Vin|＞R1/R2

也就是说基准源电压AREF与输入端Vin最大负电压绝对值的比值必须大于分压电阻R1与R2的比值，这是各器件参数必须满足的基本条件。

请参考附图3，该图是使用本发明电压极性变换电路的电池充放电电流的检测电路。连接在P-和B-之间的25mΩ电阻R29上的电压采样点VI就等效于图2中的输入电压Vin，通过电阻R30连接到运算放大器LM358的正向输入端的VIN3就等效于图2中的输出端Vout。虽然随着电流流向的不同电压采样点VI的电压会出现正负，但由于基准源电压AREF的电压叠加在VI端，抬高了输入电压将双极性信号变换为单极性信号在存在，所以输出端Vout的电压始终为正，送入运算放大器和MCU处理的信号也始终保持为正，从而实现了用一个运算放大器和一路ADC来检测电池充放电两个方向电流的目的。在本实施例中，所述输出端Vout是连接到一运算放大器LM358的正向输入端，运算放大器的输出端连接到微处理器，运算放大器的输出端和负向输入端间连接有一负反馈支路，运算放大器配合该支路上的两个电阻起到了放大电压信号以满足ADC的转换范围和一定的转换精度，调整这两个电阻的比率可以改变信号的放大倍数。

通过前面的一个具体实施电路和理论分析可知，本发明并不局限于上述一种具体实施方式，只要满足如下条件的电池充放电电流的检测方法都可实现本发明目的，也属于本发明的内容：

一种电池充放电电流的检测方法，包括如下步骤：

a.采样电池的待测电压Vin；

b.根据待测电压Vin的正负值范围，选取一适当的基准源电压AREF，基准源电压AREF和待测电压Vin分别叠加在两个串联的电阻R1、R2的两端，该基准源电压AREF和待测电压Vin的关系满足：(AREF*R2+Vin*R1)/(R1+R2)＞0；

c.将叠加后电阻R1、R2中间点的电压作为采样电压送到微处理器或数字信号处理芯片处理，进而判断电池的充电或放电电流值。

Claims (5)

1.一种电压极性变换电路，其特征在于：包括两个串联的分压电阻R1、R2，在电阻R1、R2的两端的分别接电池电压信号Vin和一基准源电压AREF，所述基准源电压AREF与输入端Vin最大负电压绝对值的比值大于分压电阻R1与R2的比值，在电阻R1、R2间连接一输出端Vout。

2.根据权利要求1所述电压极性变换电路，其特征在于：所述电阻R1、R2间还连接一滤波电容，该电容的另一端接地。

3.一种电池充放电电流检测电路，其特征在于：包括两个串联的分压电阻R1、R2，在电阻R1、R2的两端的分别接电池电压信号Vin和一基准源电压AREF，所述基准源电压AREF与输入端Vin最大负电压绝对值的比值大于分压电阻R1与R2的比值，在电阻R1、R2间连接一输出端Vout，所述输出端Vout连接到微处理器或是数字信号处理芯片。

4.根据权利要求3所述的电池充放电电流检测电路，其特征在于：所述输出端Vout连接到一运算放大器的正向输入端，运算放大器的输出端连接到微处理器或是数字信号处理芯片，运算放大器的输出端和负向输入端设有可调整信号放大倍数的负反馈电阻支路。

5.一种电池充放电电流的检测方法，包括如下步骤：

a.采样电池的待测电压Vin；

b.根据待测电压Vin的正负值范围，选取一适当的基准源电压AREF，基准源电压AREF和待测电压Vin分别叠加在两个串联的电阻R1、R2的两端，该基准源电压AREF和待测电压Vin的关系满足：(AREF*R2+Vin*R1)/(R1+R2)＞0；

c.将叠加后电阻R1、R2中间点的电压作为采样电压送到微处理器或数字信号处理芯片处理，进而判断电池的充电或放电电流值。

Images