CN218122200U - 一种降低检测误差的电池电压检测电路 - Google Patents

Abstract

一种降低检测误差的电池电压检测电路，包括：2N个接入开关，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点，N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点；电流镜，包括基准电流支路(100)和镜像电流支路(200)，基准电流支路(100)和镜像电流支路(200)的输入端均与正检测点共接，基准电流支路(100)的输出端与负检测点连接；电压采样电路(300)，连接于镜像电流支路(200)的输出端和第一节电池的负极之间，用于利用所述镜像电流支路(200)流出的电流产生与正检测点和负检测点之间的压降相关的检测电压，本实用新型可以降低检测误差、简化电路结构和降低功耗。

Description

一种降低检测误差的电池电压检测电路

技术领域

本实用新型涉及电池维护领域，尤其涉及一种降低检测误差的电池电压检测电路。

背景技术

图1展示了多节电池结构示意图。每节电池从电池1到电池N串联连接。每节电池的电压等于电池顶部和底部之间的差值。例如，单元N上的电压等于V(N)-V(N-1)。必须准确测量每个电池的电压，以保证电池处在安全和最优的工作状态，如充电、放电和电池平衡等。可以利用电压检测电路检测每一节电池的电压，比如将最后一节电池N的顶部和底部连接到该电压检测电路，则该电路就可以处理电池N之间的电压。

图2展示了一种传统的电池电压检测电路，它由电阻R1、R2、R3、R4 反馈连接到放大器A组成。假设A是一个理想的放大器，我们可以将输出电压写为电阻值的函数：

假设电阻R1、R2、R3、R4的值相等且等于R，V(n)、V(n-1)表示第n 节电池正极、负极的电压，则式(1)简化为：

V_out＝V(n)-V(n-1) (2)；

图3展示了另一种传统的电池电压检测电路，其输出是：

以上两种电路都需要放大器，而且放大器作为核心器件，放大器的失配会产生检测误差。特别是图2的这种方案，其检测误差会更大，因为其放大器连接在图1中的多节电池结构的最高电压和地之间，即V(n)和V(0)之间，而最高电压V(n)通常远高于典型低压晶体管的允许最大电压，这要求放大器使用高压晶体管，也称为LDMOS晶体管，然而高压晶体管具有显著的失配，这大大增加了放大器的转换误差。此外，图2、3的放大器还增加了设计的复杂性和功耗。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述放大器的失配会产生检测误差、增加了设计的复杂性和功耗的缺陷，提供一种降低检测误差的电池电压检测电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种降低检测误差的电池电压检测电路，适用于对串联的N节电池结构的各节电池分别进行电压检测，N为大于1的正整数，其特征在于，所述电池电压检测电路包括：

2N个接入开关，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点，N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点；

电流镜，包括基准电流支路和镜像电流支路，基准电流支路和镜像电流支路的输入端均与正检测点共接，基准电流支路的输出端与负检测点连接；

电压采样电路，连接于镜像电流支路的输出端和第一节电池的负极之间，用于利用所述镜像电流支路流出的电流产生与正检测点和负检测点之间的压降相关的检测电压。

进一步地，在本实用新型所述的降低检测误差的电池电压检测电路中，所述基准电流支路的等效阻值与电压采样电路的等效阻值的比值等于镜像电流支路和基准电流支路的电流镜像比。

进一步地，在本实用新型所述的降低检测误差的电池电压检测电路中所述电流镜像比为1，所述基准电流支路的等效阻值与电压采样电路的等效阻值相等。

进一步地，在本实用新型所述的降低检测误差的电池电压检测电路中所述基准电流支路包括第一PMOS管和第一电阻，所述镜像电流支路包括第二 PMOS管，所述电压采样电路包括第三PMOS管和第二电阻；

所述第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极共接至所述正检测点，所述第一PMOS管的栅极以及第二PMOS管的栅极共接至第一PMOS管的漏极，所述第一PMOS管的漏极经由所述第一电阻连接至所述负检测点，所述第二PMOS管的漏极连接至所述第三PMOS管的源极，第三PMOS管的栅极和漏极连接，第三PMOS管的漏极经由第二电阻连接第一节电池的负极之间，所述第三PMOS管的源极作为单节电池电压检测输出端。

进一步地，在本实用新型所述的降低检测误差的电池电压检测电路中还包括放大器以及连接在电压采样电路和镜像电流支路之间的第四PMOS管；

所述第四PMOS管的源极连接第二PMOS管的漏极，所述第四PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，所述放大器的输出端连接所述第四PMOS 管的栅极，所述放大器的同相输入端连接所述第二PMOS管的漏极，所述放大器的反相输入端连接所述第一PMOS管的栅极。

进一步地，在本实用新型所述的降低检测误差的电池电压检测电路中所述第一PMOS管和第三PMOS管宽长比相同，第一电阻和第二电阻阻值相同。

进一步地，在本实用新型所述的降低检测误差的电池电压检测电路中所述第一PMOS管由第五PMOS管和第六PMOS管级联构成，所述第二PMOS管由第七PMOS管和第八PMOS管级联构成；第五PMOS管的源极、第七PMOS 管的源极共接至正检测点，第五PMOS管的栅极、第七PMOS管的栅极共接至第五PMOS管的漏极，第六PMOS管的源极连接第五PMOS管的漏极，第八PMOS管的源极连接第七PMOS管的漏极，第六PMOS管的栅极、第八 PMOS管的栅极共接至第六PMOS管的漏极，第六PMOS管的漏极经由所述第一电阻连接至所述负检测点，第八PMOS管的漏极连接所述第三PMOS管的源极。所述第五PMOS管、第六PMOS管和第三PMOS管宽长比相同，第一电阻的阻值是第二电阻的两倍。

本实用新型的降低检测误差的电池电压检测电路，具有以下有益效果：本实用新型的电路可以复用，可以分别检测单节电池的电压，而且是通过电流镜配合电压采样电路来实现单节电池电压的检测，电压的输出无需依赖放大器，相比于现有的依赖于放大器输出检测电压的增加检测误差、增加了设计的复杂性和功耗的缺陷，可以降低检测误差、简化电路结构和降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是多节电池结构示意图；

图2是一种传统的电池电压检测电路的结构示意图；

图3是另一种传统的电池电压检测电路的结构示意图；

图4是本实用新型降低检测误差的电池电压检测电路的实施例一的电路图；

图5是本实用新型降低检测误差的电池电压检测电路的实施例二的电路图；

图6是本实用新型降低检测误差的电池电压检测电路的实施例三的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

参考图4，本实施例的降低检测误差的电池电压检测电路，是一个可以复用的电路，适用于对串联的N节电池结构的各节电池分别进行电压检测，N 为大于1的正整数。所述电池电压检测电路包括：2N个接入开关、电流镜、电压采样电路300。

其中，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点， N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点。

如图4，我们把第一个电池的负极作为地，将其标记为第0个节点。因为电池是串联的，相邻两个电池的正极和负极连接，我们把相邻两个电池的正极和负极连接在一起后的节点记为一个节点，比如第一个电池的正极和第二个电池的负极连接在一起后标记为第1个节点，依次类推，就有了第0、1、2…、 N个节点，与第0、1、2…、N个节点连接的开关标记为S(0)、S(1)、S(2)…、 S(N)。除了第0、N两个节点只能各自连接一个开关外S(0)、S(N)，其他中间的节点1、2…、N-1均是同时对应一个电池的正极和一个电池的负极，因此中间的节点1、2…、N-1都是连接了两个开关，即S(1)、…、S(N-1)都是双份。 S(0)以及第一份S(1)、…、S(N-1)的一端分别与第0、1、2…、N-1个节点连接， S(0)以及第一份S(1)、…、S(N-1)的另一端共接形成负检测点。S(N)以及第二份S(1)、…、S(N-1)的一端分别与第1、2…、N个节点连接，S(N)以及第二份 S(1)、…、S(N-1)的另一端共接形成正检测点。当我们需要检测第n节电池时 (n＝0，1，…，N)，只需要将正检测点所连接的S(n)和负检测点所连接的S(n-1) 导通，其他的开关全部断开即可。假设导通的开关是正检测点所连接的S(n) 和负检测点所连接的S(n-1)，则此时正检测点和负检测点之间的压降为V(n)- V(n-1)。

电流镜，包括基准电流支路100和镜像电流支路200，基准电流支路100 和镜像电流支路200的输入端均与正检测点共接，基准电流支路100的输出端与负检测点连接；

电压采样电路300，连接于镜像电流支路200的输出端和第一节电池的负极之间，用于利用所述镜像电流支路200流出的电流产生与正检测点和负检测点之间的压降V(n)-V(n-1)相关的检测电压Vout。

我们假设流过基准电流支路100的电流是IA、流过镜像电流支路200的电流是IB，基准电流支路100的等效阻值是RA，电压采样电路300的等效阻值是RB。假设RA与RB的比值是K1，即RA＝K1*RB，镜像电流支路200 和基准电流支路100的电流镜像比K2，即IB＝K2*IA。则有：V(n)-V(n-1)＝IA* RA，Vout＝IB*RB＝K2*IA*RA/K1＝[V(n)-V(n-1)]*K2/K1。只要能确定K1、 K2的值，测量出检测电压Vout，就可以计算出V(n)-V(n-1)。

本实施例中，K1＝K2＝1。

具体的，所述基准电流支路100包括第一PMOS管M1和第一电阻R1，所述镜像电流支路200包括第二PMOS管M2，所述电压采样电路300包括第三PMOS管M3和第二电阻R2。

其中，所述第一PMOS管M1和第三PMOS管M3匹配，两者宽长比相同。第一电阻R1和第二电阻R2匹配，两者阻值相等。

所述第一PMOS管M1的源极和第二PMOS管M2的源极共接至所述正检测点，所述第一PMOS管M1的栅极以及第二PMOS管M2的栅极共接至第一PMOS管M1的漏极，所述第一PMOS管M1的漏极经由所述第一电阻 R1连接至所述负检测点，所述第二PMOS管M2的漏极连接至所述第三PMOS 管M3的源极，第三PMOS管M3的栅极和漏极连接，第三PMOS管M3的漏极经由第二电阻R2连接第一节电池的负极之间，所述第三PMOS管M3的源极作为单节电池电压检测输出端输出Vout，其中：Vout＝V(n)-V(n-1)。

本实施例的电路可以复用，可以分别检测单节电池的电压，而且是通过电流镜配合电压采样电路来实现单节电池电压的检测，电压的输出无需依赖放大器，相比于现有的依赖于放大器输出检测电压的增加检测误差、增加了设计的复杂性和功耗的缺陷，可以降低检测误差、简化电路结构和降低功耗。

需要注意的是，由于晶体管M1和M2之间的漏源极电压不同，电流镜M1/M2会产生误差，因此我们在实施例一的基础上进一步改进优化得到了实施例二、三。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，还包括放大器A以及连接在电压采样电路300和镜像电流支路200之间的第四PMOS管M4。

具体的，所述第四PMOS管M4的源极连接第二PMOS管M2的漏极，所述第四PMOS管M4的漏极连接第三PMOS管M3的源极，所述放大器A 的输出端连接所述第四PMOS管M4的栅极，所述放大器A的同相输入端连接所述第二PMOS管M2的漏极，所述放大器A的反相输入端连接所述第一 PMOS管M1的栅极。

本实施例是通过添加晶体管M4和调节放大器A改进了电流镜，放大器的虚短虚短特性确保晶体管M2的漏源极电压与晶体管M1相同，从而提高了 M1/M2电流镜的精度。而且，因为放大器A并不是输出Vout的核心器件，所以该电路对放大器A的偏移量不敏感。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，所述第一PMOS管M1由第五 PMOS管M1a和第六PMOS管M1b级联构成，所述第二PMOS管M2由第七 PMOS管M2a和第八PMOS管M2b级联构成。另外，第一电阻R1的阻值改为第二电阻R2的两倍。

第五PMOS管M1a的源极、第七PMOS管M2a的源极共接至正检测点，第五PMOS管M1a的栅极、第七PMOS管M2a的栅极共接至第五PMOS管 M1a的漏极，第六PMOS管M1b的源极连接第五PMOS管M1a的漏极，第八PMOS管M2b的源极连接第七PMOS管M2a的漏极，第六PMOS管M1b 的栅极、第八PMOS管M2b的栅极共接至第六PMOS管M1b的漏极，第六 PMOS管M1b的漏极经由所述第一电阻R1连接至所述负检测点，第八PMOS 管M2b的漏极连接所述第三PMOS管M3的源极。

本实施例是将实施例一的电流镜用晶体管M1a/M2a和M1b/M2b构成的级联电流镜取代。M1a和M1b尺寸可以相同。电流进入M3，电阻R2＝R1/2，从而获得等于R1一半的电压，因此Vout＝[V(n)-V(n-1)]/2。

本实施例将第一电阻R1的阻值改为第二电阻R2的两倍的原因在于，Vout 的输出电压实际包含了R2上的电压和M3上的电压，让MOS宽长比满足： M1a＝M1b＝M3，这样三个MOS上的电压也相等，所以M3上电压等于 (M1a+M2a)/2，R2也等于R1/2的话，Vout电压就会完全等于[V(n)-V(n-1)] /2，Vout输出电压不会受到M3和M1a+M1b上的压降匹配产生的误差。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。本文所述的“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种降低检测误差的电池电压检测电路，适用于对串联的N节电池结构的各节电池分别进行电压检测，N为大于1的正整数，其特征在于，所述电池电压检测电路包括：

2N个接入开关，N节电池的负极一一对应的通过N个接入开关共接形成负检测点，N节电池的正极一一对应的通过N个接入开关共接形成正检测点；

电流镜，包括基准电流支路(100)和镜像电流支路(200)，基准电流支路(100)和镜像电流支路(200)的输入端均与正检测点共接，基准电流支路(100)的输出端与负检测点连接；

电压采样电路(300)，连接于镜像电流支路(200)的输出端和第一节电池的负极之间，用于利用所述镜像电流支路(200)流出的电流产生与正检测点和负检测点之间的压降相关的检测电压。

2.根据权利要求1所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，所述基准电流支路(100)的等效阻值与电压采样电路(300)的等效阻值的比值等于镜像电流支路(200)和基准电流支路(100)的电流镜像比。

3.根据权利要求2所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，所述电流镜像比为1，所述基准电流支路(100)的等效阻值与电压采样电路(300)的等效阻值相等。

4.根据权利要求1所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，所述基准电流支路(100)包括第一PMOS管(M1)和第一电阻(R1)，所述镜像电流支路(200)包括第二PMOS管(M2)，所述电压采样电路(300)包括第三PMOS管(M3)和第二电阻(R2)；

所述第一PMOS管(M1)的源极和第二PMOS管(M2)的源极共接至所述正检测点，所述第一PMOS管(M1)的栅极以及第二PMOS管(M2)的栅极共接至第一PMOS管(M1)的漏极，所述第一PMOS管(M1)的漏极经由所述第一电阻(R1)连接至所述负检测点，所述第二PMOS管(M2)的漏极连接至所述第三PMOS管(M3)的源极，第三PMOS管(M3)的栅极和漏极连接，第三PMOS管(M3)的漏极经由第二电阻(R2)连接第一节电池的负极之间，所述第三PMOS管(M3)的源极作为单节电池电压检测输出端。

5.根据权利要求4所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，还包括放大器(A)以及连接在电压采样电路(300)和镜像电流支路(200)之间的第四PMOS管(M4)；

所述第四PMOS管(M4)的源极连接第二PMOS管(M2)的漏极，所述第四PMOS管(M4)的漏极连接第三PMOS管(M3)的源极，所述放大器(A)的输出端连接所述第四PMOS管(M4)的栅极，所述放大器(A)的同相输入端连接所述第二PMOS管(M2)的漏极，所述放大器(A)的反相输入端连接所述第一PMOS管(M1)的栅极。

6.根据权利要求4或5所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，所述第一PMOS管(M1)和第三PMOS管(M3)宽长比相同，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)阻值相同。

7.根据权利要求4所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，所述第一PMOS管(M1)由第五PMOS管(M1a)和第六PMOS管(M1b)级联构成，所述第二PMOS管(M2)由第七PMOS管(M2a)和第八PMOS管(M2b)级联构成；

第五PMOS管(M1a)的源极、第七PMOS管(M2a)的源极共接至正检测点，第五PMOS管(M1a)的栅极、第七PMOS管(M2a)的栅极共接至第五PMOS管(M1a)的漏极，第六PMOS管(M1b)的源极连接第五PMOS管(M1a)的漏极，第八PMOS管(M2b)的源极连接第七PMOS管(M2a)的漏极，第六PMOS管(M1b)的栅极、第八PMOS管(M2b)的栅极共接至第六PMOS管(M1b)的漏极，第六PMOS管(M1b)的漏极经由所述第一电阻(R1)连接至所述负检测点，第八PMOS管(M2b)的漏极连接所述第三PMOS管(M3)的源极。

8.根据权利要求7所述的降低检测误差的电池电压检测电路，其特征在于，所述第五PMOS管(M1a)、第六PMOS管(M1b)和第三PMOS管(M3)宽长比相同，第一电阻(R1)的阻值是第二电阻(R2)的两倍。

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