CN205646906U - 一种管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路，包括电池分压反馈电路、基准电压分压电路以及至少两个比较采样保持电路；比较采样保持电路包括比较器、锁存器、LED以及两个LED驱动开关管。该电路通过复用芯片LED管脚，调整外置基准电压分压电路的电阻比例，即可实现电池电量显示范围的设定，设计实现简单，精度高，设定灵活，无需增加外部元器件，降低了芯片成本以及系统成本。

Description

一种管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路

技术领域

本实用新型涉及一种锂电池充放电管理电路，尤其是一种锂电池充放电管理中用于电量显示范围设定的电路。

背景技术

在消费类电子产品异常繁荣的今天，移动设备的使用越来越普及。目前，大多数移动手持设备均采用锂电池作为其电源，通常单节锂电池典型电压为3.7V，充满电后最高电压为4.2V。在移动设备中，由于Android系统及以ARM架构的多内核CPU大行其道，而更多的内核意味着更高的功耗。在电池容量短时间内难以突破的情况下，需要对电池频繁的充放电。因此，对电池电量的精确显示显得尤为重要。通常，业界采用专门的MCU芯片对电池电量进行检测，测量电池两端的电压，通过内部ADC电路进行数字化，再驱动外部LED来显示电池剩余电量。

目前，现有的电池电量检测显示电路虽然有较高的精度，但其电量显示范围是固定的，由电池电压的反馈比例和各个比较基准电压确定。电池的电阻分压反馈网络和基准电压VREF的分压网络均集成在IC内部，LED灯为外置。电池电压反馈比例和基准电压分压网络确定了，则电池电量每一级显示区间也就确定了。不同的电池应用有不同的电池电量显示区间，导致此种技术在不同的应用场景下灵活性不高。当然也可以把基准电压的分压网络外置，通过外部电阻来设定每个比较器的正端基准电压，这样锂电池的每一级电量显示区间均可通过外部电阻灵活设定，但对于IC来说所需的管脚增加了很多。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是现有的电池电量显示和电量范围设定电路占用了过多的芯片管脚。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路，包括电池分压反馈电路、基准电压分压电路以及至少两个比较采样保持电路；比较采样保持电路包括比较器、锁存器、LED以及两个LED驱动开关管；各个比较采样保持电路中比较器的正输入端分别连接至基准电压分压电路中相应电压大小的分压点处；各个比较采样保持电路中比较器的负输入端均连接至电池分压反馈电路中的同一分压点处；同一比较采样保持电路中的两个LED驱动开关管串接在电池分压反馈电路的高电压端与LED的正极之间，同时控制LED与高电压端之间的通断；比较采样保持电路中的LED的正极还与比较器的正输入端相连，LED的负极接地；各个比较采样保持电路中的比较器的使能端、锁存器的使能端以及一个LED驱动开关管的控制端均与同一CLK信号相连；同一比较采样保持电路中的比较器的输出端连接至锁存器的输入端，锁存器的输出端连接至另一LED驱动开关管的控制端；电池分压反馈电路的高电压端用于与电池正极相连，基准电压分压电路的高压端用于与基准电压源正极相连。

本实用新型通过复用芯片的外置LED管脚，在LED管脚外接LED的同时，再串接一个基准电压分压电路。LED管脚既是芯片输出用来驱动外置LED亮灭来指示电池剩余电量，又是芯片输入用来接收来自外置基准电压分压电路的各分压点的电压；采用CLK信号来决定复用管脚的两个不同阶段，即可以用CLK信号的低电平来决定复用管脚为芯片输入，也可以用CLK信号的高电平来决定复用管脚为芯片输入，则CLK信号的另一个电平用来决定复用管脚为芯片的输出，CLK信号为芯片内部信号，由普通振荡器产生。

在CLK信号的高电平阶段，复用管脚接收来自外置基准电压分压网络的各个分压点，比较采样保持电路将其读入比较器一端，比较器开始工作并比较电池分压反馈电路的分压点电压和复用管脚上的电压，锁存器保存比较结果；在方波信号低电平阶段，采样保持电路和比较器均不工作，锁存器只输出锁存的结果，以此来决定LED是否导通。此时复用管脚恢复原有功能，驱动外置LED电量指示灯。因此，LED电量指示灯是以方波信号的频率来闪亮。

通过复用芯片LED管脚，调整外置基准电压分压电路的电阻比例，即可实现电池电量显示范围的设定。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：复用管脚，设计实现简单，精度高，设定灵活，无需增加外部元器件，降低了芯片成本以及系统成本。

作为本实用新型的进一步限定方案，包括四个比较采样保持电路；基准电压分压电路由五个电阻串联构成，相邻电阻之间的连接点即为基准电压分压电路的分压点；电池分压反馈电路由两个电阻串联构成，两个电阻之间的连接点即为电池分压反馈电路的分压点。

作为本实用新型的进一步限定方案，CLK信号为脉冲频率大于等于20Hz的方波信号。人眼通常只能感受20Hz以下的频率，为防止人眼能看到LED指示灯闪烁，CLK信号的频率设在20Hz以上。

作为本实用新型的进一步限定方案，基准电压分压电路的高压端电压小于LED的导通压降。在CLK信号为高电平阶段，复用管脚用来接收外置基准电压分压网络的各个分压点，为防止此时LED灯亮，各分压点的电压必须小于LED的导通压降。因此，必须要求基准电压的最高值必须小于LED的导通压降最小值。

本实用新型的有益效果在于：通过复用芯片LED管脚，调整外置基准电压分压电路的电阻比例，即可实现电池电量显示范围的设定。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：复用管脚，设计实现简单，精度高，设定灵活，无需增加外部元器件，降低了芯片成本以及系统成本。

附图说明

图1为现有技术中的电池电量检测显示电路；

图2为本实用新型的电池电量检测显示电路。

具体实施方式

如图1所示，现有技术中典型的锂电池电量检测显示电路，图中VBATT为电池电压，VREF为基准电压源，电阻102和电阻103组成了电池电压的反馈网络，VFB为其反馈电压，即为反馈点FB处的电压，电阻105、电阻106、电阻107、电阻108和电阻109组成基准电压VREF的分压网络，分压后得到4个基准电压VREF1、VREF2、VREF3和VREF4。由电池电压反馈点FB接到内部比较器113的负端，比较器的正端为基准电压VREF1。当电池电压高于预设值时，反馈电压VFB也将高于比较器113的参考端电平VREF1，比较器输出为低电平，使LED驱动开关管117导通，则LED121有电流通过，LED121发光常亮。当电池电压反馈点电压VFB大于比较器112的正端基准电压VREF2时，比较器112同样输出低电平，LED驱动开关管116导通，则LED120有电流通过，LED120发光常亮。由于VREF1比VREF2低，LED2亮的同时，LED1肯定是亮的。剩下的LED119和LED118同理依次导通常亮。当电池电压反馈点电压VFB都低于各个基准电压时，则所有的LED驱动开关管不会导通，LED灯均不会亮。一盏LED灯亮表示电池有一级电量，两盏LED灯亮表示电池有两级电量，三盏LED灯亮表示电池有三级电量，四盏LED灯亮表示电池有四级电量，也即电池电量是满的。图1中电容101和电容104用于过滤噪声。

如图2所示，本实用新型的管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路包括：包括电池分压反馈电路、基准电压分压电路以及至少两个比较采样保持电路；比较采样保持电路包括比较器、锁存器、LED以及两个LED驱动开关管；各个比较采样保持电路中比较器的正输入端分别连接至基准电压分压电路中相应电压大小的分压点处；各个比较采样保持电路中比较器的负输入端均连接至电池分压反馈电路中的同一分压点处；同一比较采样保持电路中的两个LED驱动开关管串接在电池分压反馈电路的高电压端与LED的正极之间，同时控制LED与高电压端之间的通断；比较采样保持电路中的LED的正极还与比较器的正输入端相连，LED的负极接地；各个比较采样保持电路中的比较器的使能端、锁存器的使能端以及一个LED驱动开关管的控制端均与同一CLK信号相连；同一比较采样保持电路中的比较器的输出端连接至锁存器的输入端，锁存器的输出端连接至另一LED驱动开关管的控制端；电池分压反馈电路的高电压端用于与电池正极相连，基准电压分压电路的高压端用于与基准电压源正极相连。

作为本实用新型提供的一种实施例，是包括四路相同的比较采样保持电路，每路比较采样保持电路由均由比较器和锁存器构成。REF连接至电池充放电管理芯片的基准电压输出管脚，VREF同时也是基准电压，CLK为电池充放电管理芯片内部产生的周期方波信号。LED223、LED224、LED225以及LED226为外置LED。电阻227和电阻228组成电池电压的分压反馈网络，电阻202、电阻203、电阻204、电阻205和电阻206串接在外部管脚REF、LED223、LED224、LED225和LED226之间，形成基准电压VREF的电阻分压网络。LED驱动开关管为三极管或MOS管构成，能够根据控制端信号决定LED亮灭。

当CLK为高时，LED驱动开关管215、LED驱动开关管217、LED驱动开关管219和LED驱动开关管221被关掉，发光二极管的导通压降大于VREF，所以LED223、LED224、LED225和LED226同样被关掉，同时这四个发光二极管在VREF的电阻分压网络中不起作用。REF1、REF2、REF3和REF4的电压由VREF基准电压经电阻分压后可得，当外部电阻202、电阻203、电阻204、电阻205和电阻206确定后，REF1、REF2、REF3和REF4这四点的基准电压也就完全确定了。电阻分压反馈点FB接到内部比较器210的负端，比较器210的正端接外设基准电平VREF1。当电池电压高于预设值时，反馈点FB的反馈电压VFB也将高于比较器210的参考端电平VREF1，比较器210输出为低电平，比较器210输出结果被锁存器214锁存下来。当电池电压低于预设值时，电池的反馈电压VFB低于比较器210的参考端电平VREF1，比较器210输出为高电平，比较器210输出结果同样被锁存器214锁存下来。同理，其他的三路比较采样保持电路将反馈电压VFB分别和VREF2、VREF3、VREF4比较后，将比较结果分别锁存在锁存器213、锁存器212和锁存器211中。

当CLK为低时，比较器210、比较器209、比较器208和比较器207不工作，锁存器214、锁存器213、锁存器212和锁存器211不工作，比较器对输入变化无反应，锁存器只输出上一个状态CLK为高时所存的结果。LED驱动开关管215、LED驱动开关管217、LED驱动开关管219和LED驱动开关管221完全导通，LED驱动开关管216、LED驱动开关管218、LED驱动开关管220和LED驱动开关管222导通与否由锁存器214、锁存器213、锁存器212、锁存器211的输出决定。

因此，LED223、LED224、LED225和LED226是否导通完全由CLK高时采样保持电路所存结果决定。如果CLK高时反馈电压VFB大于VREF1，比较器210输出低，锁存器在CLK低时输出该结果，则LED驱动开关管216和LED驱动开关管215完全导通，LED226导通发亮。同理，LED223、LED224和LED225导通与否分别由各自的采样保持结果确定。

当电池电压高于一级电量预设值时，反馈电压VFB也将高于基准电压VREF1，CLK低时LED226导通发亮。当电池电压高于二级电量预设值时，反馈电压VFB即基准电压VREF1又高于VREF2，则CLK低时LED226和LED225导通发亮。剩下的LED224和LED223同理依次导通发亮。当电池电压反馈点电压VFB都低于各个基准电压时，则所有由锁存器输出控制的LED驱动开关管都不会导通，LED灯均不会亮。一盏LED灯亮表示电池有一级电量，两盏LED灯亮表示电池有两级电量，三盏LED灯亮表示电池有三级电量，四盏LED灯亮表示电池有四级电量，也即电池电量是满的。

在方波信号的高电平阶段，复用管脚接收来自外置基准电压分压网络的各节点电压，在方波信号的低电平阶段，复用管脚恢复原有功能，驱动外置LED电量指示灯。因此，LED电量指示灯是以方波信号的频率来闪亮。人眼通常只能感受20Hz以下的频率，为防止人眼能看到LED指示灯闪烁，方波信号的频率设在20Hz以上。因此，LED灯虽然是以断续的方式发亮的，但用肉眼看确是一直亮着的。在方波信号为高电平阶段，复用管脚用来接收外置基准电压分压网络的各节点电压，为防止此时LED灯亮，各节点电压必须小于LED的导通压降。因此，基准电压的最高值必须小于目前各种LED的导通压降最小值。

此方法设计实现简单易行，无需外加元器件，也无需增加额外的芯片管脚，只需调整外部分压电阻的比例，就能实现电池电量显示范围的设定，极大的降低了芯片与应用系统的成本。

本说明书中所描述的只是本实用新型的优选具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在如权利要求所界定的本实用新型的范围之内。

Claims (4)

1.一种管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路，其特征在于：包括电池分压反馈电路、基准电压分压电路以及至少两个比较采样保持电路；比较采样保持电路包括比较器、锁存器、LED以及两个LED驱动开关管；各个比较采样保持电路中比较器的正输入端分别连接至基准电压分压电路中相应电压大小的分压点处；各个比较采样保持电路中比较器的负输入端均连接至电池分压反馈电路中的同一分压点处；同一比较采样保持电路中的两个LED驱动开关管串接在电池分压反馈电路的高电压端与LED的正极之间，同时控制LED与高电压端之间的通断；比较采样保持电路中的LED的正极还与比较器的正输入端相连，LED的负极接地；各个比较采样保持电路中的比较器的使能端、锁存器的使能端以及一个LED驱动开关管的控制端均与同一CLK信号相连；同一比较采样保持电路中的比较器的输出端连接至锁存器的输入端，锁存器的输出端连接至另一LED驱动开关管的控制端；电池分压反馈电路的高电压端用于与电池正极相连，基准电压分压电路的高压端用于与基准电压源正极相连。

2.根据权利要求1所述的管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路，其特征在于：包括四个比较采样保持电路；基准电压分压电路由五个电阻串联构成，相邻电阻之间的连接点即为基准电压分压电路的分压点；电池分压反馈电路由两个电阻串联构成，两个电阻之间的连接点即为电池分压反馈电路的分压点。

3.根据权利要求1或2所述的管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路，其特征在于：CLK信号为脉冲频率大于等于20Hz的方波信号。

4.根据权利要求1或2所述的管脚复用实现锂电池电量显示范围设定电路，其特征在于：基准电压分压电路的高压端电压小于LED的导通压降。