CN201886132U - 检测电池电压的开关电路 - Google Patents

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一种检测电池电压的开关电路，用于手持电子设备检测内置电池的电压，所述检测内置电池电压的开关电路包括跨接在被检测电池正负极上的至少由两个电阻R1、R2组成的分压电路，以及逻辑控制电路和电压检测电路，还在所述由电阻R1和R2组的分压电路中点串联一个N沟道MOS场效应管Q1，该场效应管Q1的漏极d连接电阻R1，其源极s连接电阻R2，并以此连接点的电压为所述内置电池电压的模拟量输入所述电压检测电路，而该场效应管Q1的栅极g通过阻尼电阻R3连接逻辑控制电路。本实用新型的有益效果是：相比采用PNP双极晶体管开关更准确、可靠；与P-MOS场效应管开关相比成本更低廉。同时，省去了作为电平转换的NPN双极型晶体管，降低了生产成本。

Description

检测电池电压的开关电路
技术领域本实用新型涉及电性能的测量电路，尤其涉及测试电池电参数的电路，特别是涉及用于检测手持电子设备内置电池电压的开关电路。
背景技术现有技术便携式电子设备的电池电压检测电路中，经常用电阻分压来降低被检测电池电压的幅度，以便满足检测电路有限的输入范围。为了保证比较高的电池电压检测精度和结果的可信度，一般使用较小(几十千欧以内)的电阻组成分压电路。但是如果低阻值的分压电路长期接在被检测电池上，势必造成该电池的长期漏电，降低电池的使用效率及造成能源浪费，因此对于电池供电的手持式电子设备，电路设计时必须考虑节省每一点电流。
为了克服检测电路中的漏电现象，现有技术电池电压检测电路设计中，用于电压检测的电阻分压器一般都会用一个PNP晶体管或P沟道MOS场效应管控制，使之只在需要时才接通所述用于电压检测的电阻分压器。
参见图2，是现有技术使用PNP晶体管做开关元件用于电池电压检测的开关电路。PNP晶体管虽然价格便宜，但是其导通原理决定了其饱和压降是一个与制作工艺、环境温度、基极电流等多种因素相关的函数，一般会带来至少数十毫伏的误差，所以只能用在精度要求低的电池电压检测开关电路中。
参见图3，是现有技术使用P沟道MOS场效应管做开关元件用于电池电压检测的开关电路。P沟道MOS场效应管是一个理想的电阻性导通的开关元件，虽然其导通电阻会随温度的升高而升高，但是因为其导通电阻远远小于电阻分压器的阻值，所以其导通电阻的变化导致检测电压的误差微乎其微，一般仅在万分之一以下。但是，由于硅半导体工艺的限制，一般P沟道MOS场效应管的成本比相同参数的N沟道MOS场效应管贵很多，同时，由于使用量少所以市场采购也比较困难。
同时，以上两个现有技术方案都需要一个NPN晶体管进行电平转换，将较低的逻辑控制电压转换为较高的电池电压，也增加了产品生产的成本。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种检测电池电压的开关电路，解决现有技术方案市场采购困难和制造成本较高的问题。
本实用新型为解决上述技术问题而提出的技术方案是：提供一种检测电池电压的开关电路，用于手持电子设备检测内置电池的电压，所述检测内置电池电压的开关电路包括跨接在被检测电池正负极上的至少由两个电阻R1、R2组成的分压电路，以及逻辑控制电路和电压检测电路，还在所述由电阻R1和R2组的分压电路中点串联一个N沟道MOS场效应管Q1，该场效应管Q1的漏极d连接电阻R1，其源极s接电阻R2，并以此连接点的电压为所述内置电池电压的模拟量输入所述电压检测电路，而该场效应管Q1的栅极g通过阻尼电阻R3连接逻辑控制电路。
当所述逻辑控制电路输出高电平时，所述N沟道MOS场效应管Q1导通，所述分压电路接通，电压检测电路工作；当该逻辑控制电路输出低电平时，所述N沟道MOS场效应管Q1截止，该分压电路于是断开，不再消耗电池能量，电压检测电路也停止了工作。
所述N沟道MOS场效应管Q1采用零电压夹断、导通电压低于1.5V的增强型普通场效应管。该N沟道MOS场效应管Q1的阻尼电阻R3的取值只要在实际环境中保证场效应管不振铃即可，可在1千欧到100千欧之间。
所述分压电阻R1和R2根据检测精度要求使用高精度电阻，其精度至少是±1％。
同现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：相比采用PNP双极晶体管开关更准确、可靠；与P-MOS场效应管开关相比成本更低廉。同时，省去了作为电平转换的NPN双极型晶体管，降低了生产成本。
附图说明图1是本实用新型检测电池电压的开关电路优选实施例的原理电路图；
图2是现有技术用PNP晶体管做开关元件的用于电池电压检测开关电路的原理图；
图3是现有技术用P沟道MOS场效应管做开关元件的用于电池电压检测开关电路的原理图。
具体实施方式下面，结合附图所示之优选实施例进一步详述本发明。
参见图1，本实用新型的优选实例是：提供一种检测电池电压的开关电路，用于手持电子设备检测内置电池的电压，所述检测内置电池电压的开关电路包括跨接在被检测电池正负极上的至少由两个电阻R1、R2组成的分压电路，以及逻辑控制电路和电压检测电路，还在所述由电阻R1和R2组的分压电路中点串联一个N沟道MOS场效应管Q1，该场效应管Q1的漏极d连接电阻R1，其源极s接电阻R2，并以此连接点的电压为所述内置电池电压的模拟量输入所述电压检测电路，而该场效应管Q1的栅极g通过阻尼电阻R3连接逻辑控制电路。
当所述逻辑控制电路输出高电平时，所述N沟道MOS场效应管Q1导通，所述分压电路接通，电压检测电路工作；当该逻辑控制电路输出低电平时，所述N沟道MOS场效应管Q1截止，该分压电路于是断开，不再消耗电池能量，电压检测电路也停止了工作。
所述N沟道MOS场效应管Q1采用零电压夹断、导通电压低于1.5V的增强型普通场效应管。该N沟道MOS场效应管Q1的阻尼电阻R3的取值只要在实际环境中保证场效应管不振铃即可，可在1千欧到100千欧之间。
所述分压电阻R1和R2根据检测精度要求使用高精度电阻，阻值精度至少是±1％。
参见图1，本实施例以电池电压为3.3～4.2V的锂离子电池电压的检测电路为例，并假定逻辑控制信号高电平最低为2.7V、低电平最高为0.5V，上分压电阻R1为30千欧，下分压电阻R2为10千欧，MOS场效应管的开启与关闭电压分别为1.5V和0.5V，来说明本技术方案的工作原理。
当通过阻尼电阻R3接在N沟道MOS场效应管Q1栅极的控制电压为小于0.5V的低电平时，N沟道MOS场效应管Q1截止，整个分压电路没有电流通过，防止了电池漏电。
当通过阻尼电阻R3接在N沟道MOS场效应管Q1栅极的控制电压为高于2.7V的高电平时，N沟道MOS场效应管Q1导通，分压电路接通。由于上分压电阻R1阻值为30K，下分压电阻R2阻值为10K，并且N沟道场效应管的导通电阻远远小于分压电阻，忽略MOS场效应管的压降(即认为Vds≈0V)，3.3～4.2V的电池电压经过分压后在MOS场效应管的源极和栅极的电位仅为：
Vs＝Vdetect＝R2*(3.3～4.2V)/(R1+R2)＝10*(3.3～4.2V)/40＝0.825～1.05V
所以，Vgs＝V(logic high)-Vdetect≥2.7V-(0.825～1.05V)＝1.875～1.65V
可见，当控制电压为2.7V的高电平时，N沟道MOS场效应管Q1的栅源电压为1.875～1.65V，大于1.5V的导通开启电压要求，说明本电路可以正常工作。
实际应用中，对于3.3V的电源电压，CMOS工艺的控制系统输出的高电平一般都达到3.2V，低电平达到0.1V，可以保证本电路在各种外部环境下可靠地工作；对于5.0V的控制系统电源电压，一般只要保证低电平输出低于0.4V，本电路就可以可靠工作；但对于高电平输出低于2.7V的系统，为安全考虑，建议通过电平转换电路将输出高电平提高到2.7V以上，同时保证输出低电平维持在0.4V以下，以保证本电路工作的可靠性。
至于N沟道MOS场效应管Q1的选型，建议都使用增强型金属-氧化物-半导体结构的普通场效应管；要求其导通与截止电压分别为1.5V以上和0.5V以下；本场效应管导通电阻的选择取决于分压电阻的取值和检测精度的要求，分压电阻的取值越低，或者检测精度要求越高，就要求本场效应管导通电阻越低。
作为一个简单指示剩余电量的实施例，N沟道MOS场效应管Q1可选用常见的2N7002，对于标称3.6～3.7V的锂离子电池，上分压电阻R1取1％精度的30千欧电阻，下分压电阻R2取1％精度的10千欧电阻即可，栅极串联阻尼电阻R3精度无要求，取值推荐在1千欧到100千欧之间。
上述过程为本实用新型优选实现过程，本领域的技术人员在本发明基础上进行的通常变化和替代包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种检测电池电压的开关电路，用于手持电子设备检测内置电池的电压，所述检测内置电池电压的开关电路包括跨接在被检测电池正负极上的至少由两个电阻R1、R2组成的分压电路，以及逻辑控制电路和电压检测电路，其特征在于：
还在所述由电阻R1和R2组的分压电路中点串联一个N沟道MOS场效应管Q1，该场效应管Q1的漏极d连接电阻R1，其源极s接电阻R2，并以此连接点的电压为所述内置电池电压的模拟量输入所述电压检测电路，而该场效应管Q1的栅极g通过阻尼电阻R3连接逻辑控制电路；
当所述逻辑控制电路输出高电平时，所述N沟道MOS场效应管Q1导通，所述分压电路接通，电压检测电路工作；当该逻辑控制电路输出低电平时，所述N沟道MOS场效应管Q1截止，该分压电路于是断开，不再消耗电池能量，电压检测电路也停止了工作。
2.按照权利1所述检测电池电压的开关电路，其特征在于：
所述N沟道MOS场效应管Q1采用零电压夹断、导通电压低于1.5V的增强型普通场效应管。
3.按照权利要求1或2所述检测电池电压的开关电路，其特征在于：
所述N沟道MOS场效应管Q1的阻尼电阻R3的取值为1KΩ～100KΩ。
4.按照权利要求1或2所述检测电池电压的开关电路，其特征在于：
所述分压电阻R1和R2根据检测精度要求使用高精度电阻，其精度至少是±1％的电阻。 
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