TW412878B - Battery consumption detecting circuit - Google Patents

Description

412878 A7 ___B7_ 五、發明説明（3 ) 產業h的刺ffl齠園 本發明是有關於電池耗盡之檢測電路的相關技術•更 進一步來說，是諸如Ml個乾電池乃至數個來驅動之可機 帶錄放音機或可機帶CD唱盤等的可攜帶音響器具，或照像 機等的電池驅動式的攜帶用機器當中，能夠擴大電池的使 用範圍直至到達電池的使用界限為止的一種承受來自電池 之電力而產生定電壓的電源電路。 先前夕持術 傅統的附耳機頭載式（headphone)音響或DCC，DAT等 的搪帶式磁帶唱機（錄放音機）及MD、CD等的機帶式碟片 唱機，都是K乾電池來驅動，其乾電池之使用數目•約有 1個至2個的程度。因此，音響甯路的電源電壓也只是1.2V 或2 . 4 V的程度。 另外，簡易照像機（compact camera)的測光或自動對 焦等，也是經由電池的電力而來驅動的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如此的電池驅動之裝置f通常是內附的微電腦（ m i c r 〇 . c 〇 at p u t e r*)及液晶顯示裝置（L i g u i d C r y s t a 1 Display)來檢測電池之電壓*據此判定電池電力已降到規 定值Μ下之狀態，使更換電池或電池接近無電力之訊息或 電池耗盡訊息呈現於LCD上，以及在電池耗盡時切斷電力 的供應。又本說明書中所謂之電池耗盡是指電壓降低到必 須更換電池之狀態而言。 圖5係具有傳統的此裝置的電池耗盡檢測電路之電源 電路為主要功能方塊圖。__ 氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐) ~ 3 A7 B7 五、發明説明（4 ) 圖中1為電池，由電池1產生之電力，經由一次側輸 入的電力輸人線2，傳送至3個端子的調蝥器（Regulator) 3(穩壓器）*在此處經定電壓控制的電力，形成二次側輸 出而傳送至電力線4(Vcc)。此電源線4通常是分別連接著 作為負載的控制用的微電腦一即所謂的控制電路5及音響 信號放大電路等的信號處理電路6。而在電力輸入線2和接 地GHD之間，連接著電胆R1和電阻R2組成的分壓電路* Μ 作為對電池1的電壓檢測電路此分壓電壓的檢出電壓並 割入至控制電路5。圖中δ為LCD。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 控制電路5通常都是著重於使3端子調整器3產生一定 的輸出，K此輸出（其分壓電壓）作為基準，藉由具有多數 並聯而成的基準電壓比較電路的電壓比較形的A/D轉換電 路（類比/數位）5a，將前述之檢測電壓予MA/D轉換’例如 將4位元（Bit)之數位值產生兩次而變換成8位元之數位值 ，控制電路5即Μ其内部所具有之特定基準值和此數位值 作比較，再將電池更換或'是電池接近於結束的訊息顯示於 LCD8 。或進行電池耗盡的處理（電池耗盡顯示或是電力的 切斷）。 又在此電路中，為方便說明，省略了用於進行前述檢 測的定期性的處理而使電壓檢測電路7作定期性動作的開 關電路等的控制電路。 圖6是將在此狀態下，從電池更換或是電池接近於結 束的警告訊息的顯示，至電池耗盡或是電力切斷為止的過 程和電池之輸出電壓的關係，从曲線圖來表示者。通常， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐> 4 412878 A7 B7 五、發明説明（5 ) 進行電池耗盡顔示或是電源切斷之處理的時點，係設定在 將成為基準的3端子調整器3的輸出維持一定值的界限點 L 。圖中曲線A表示電池之電壓，曲線B是調整器3的輸出 電壓，C是檢測電壓。而AR之電壓值1/1即是前述之基準值 •即電池更換或是電池接近於结束之酱告的訊息顯示的開 始時點，E點是進行電池耗盡之處理的基準電壓值V2。 太發明歆解决夕間鼷點 如圖&所示，電池更換或是電池接近於结束之簪告期 間T的終止時點*亦即，切斷電源而使裝置之動作停止之 時點E，是設定於調整器3的輸出電壓變成不是恒定的界限 點L或其瞬前處。其理由是當此輸出電壓從設定值開始下 降時，A / D .轉換的基準值即產生變化，以致譬告判定對象 的A/D轉換值就失去了可靠性。一般在越過前述之點E的時 點，藉由控制電路5來進行停止裝置之動作的處理。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而*實際上，可使用的電池的壽命，是更長的。但 在前述之電池耗盡檢測電路中，將調整器之輸出利用於A/ D變化的基準電壓，Μ維持該基準值電壓恒定之範圔來作 檢測，因此就存在著無法將檢測點設定於電池之使用界限 側的缺點。其结果，反而造成藉由此種電池耗盡檢測罨路 在達到真正的電池耗盡之前產生之電池更換或是電池接近 於结束的訊號警告而更換電池；從真正的電池耗盡的角度 來看，形成電池的浪費。 本發明之目的，是為解決如上所述之先前技術的問題 點，而提供能夠擴大其使用範圍直至接近於電池的使用界 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 412878 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明说明（ 6 ) 1 I 限 之 範 rrrrt 圍 為 止 的 電 池 耗 盡 檢 測 電 路 0 1 I 解 決 間 謂 千 段 — 1 為 達 成 此 的 本 發 明 之 電 池 耗 盡 檢 測 電 路 之 特 徵 請 先 在 具 有 承 受 來 § 電 池 之 電 力 而 產 生 恒 定 電 壓 的 電 力 而 進 行 閲 綠· I 電 力 供 給 予 >λ 負 荷 的 調 整 電 路 因 應 於 電 池 電 力 的 消 耗 而 背 之 1 * 注 | 檢 測 出 電 池 耗 盡 的 電 池 耗 盡 的 顯 示 或 是 切 斷 來 S 電 池 之 電 意 韋 輸 項 I 力 的 裝 置 中 9 具 備 承 受 電 池 或 是 調 電 路 的 出 而 在 能 再 填 使 該 裝 置 能 動 作 之 範 圃 產 生 接 近 於 電 池 之 使 用 界 限 制 側 的 寫 本 頁 1 電 壓 值 的 定 電 壓 之 定 電 壓 電 路 及 承 受 此 定 電 壓 電 路 之 輸 1 i 出 與 調 整 電 路 之 輸 出 電 壓 或 因 應 此 輸 出 電 壓 之 電 m 而 將 i I 因 ate m 於 這 些 差 距 的 值 產 生 A/D轉換值的A/D轉 換 甯 路 及 將 1 訂 此 A/D 轉 換 電 路 的 轉 換 值 和 特 定 基 準 電 壓 值 作 比 較 而 在 使 用 界 限 側 附 近 進 行 電 池 耗 盡 之 檢 測 的 檢 測 裝 置 等 〇 1 1 用 1 像 如 此 之 構 成 中 裝 設 有 承 受 電 池 或 調 整 電 路 之 輸 出 'l 而 產 生 定 電 歷 直 至 電 池 之 使 用 界 限 附 近 的 電 壓 值 為 止 的 定 .__J i 電 壓 電 路 藉 由 將 因 應 於 此 定 電 壓 電 路 之 輸 出 和 調 整 電 路 1 1 之 輸 出 的 差 值 之 電 壓 » 作 A/D 轉 換 » 首 先 可 檢 測 出 調 整 1 1 | 電 路 之 輸 出 的 下 降 開 始 時 點 從 此 時 點 即 能 開 始 顯 示 更 換 ! 電 池 或 是 電 池 接 近 於 結 束 訊 息 的 警 告 0 繼 而 f 在 調 整 電 路 1 i 之 輸 出 下 降 到 電 池 之 使 用 界 限 附 近 時 » 藉 由 A/D 轉 換 值 1 Ί 檢 出 電 壓 下 降 i 使 裝 置 的 電 源 切 斷 或 是 電 池 耗 盡 之 訊 息 顯 1 1 示 為 止 的 範 圍 9 得 K 延 伸 而 較 先 » r. 月U 技 術 更 接 近 於 原 本 真 正 1 1 的 電 池 爵 命 時 點 才 檢 出 電 池 耗 盡 0 1 1 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210 X 297公釐} ] 6 412878 A7 __B7_ .五、發明説明（7 ) 圖1是適用於本發明之電池耗盡檢測電路的一實施例 的電源電路為主體之電路圖。圖2是罨池耗盡檢測處理的 流程圖。圖3是從警告訊息顯示至電池耗盡顯示或進行電 力切斷為止之過程與電池之輸出電壓之關係的說明圖。圖 4是本發明之其他實施例的電池耗盡檢測電路之說明圖。 在圖5及圖6中同性質之構成Μ相同符號來表示，而省略其 說明。 圓中，10為控制電路，具有MCUll(micro computer unit)* 和 KR〇M(read only memory)為主體之記憶體 12， 並含有A/D轉換器13，A/D13為和圖5的A/D5a相同地具有 並聯多數的基準電壓比較電路13a，13b，…· 13η的電壓 比較形的A/D轉換電路。繼而在記憶體12 ，儲存著電池耗 盡檢測程式12a ，電池耗盡顯示程式12b ，電源切斷程式 12c，初期設定程式12d，及其他之控制程式12e等。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 14是電阻R4和電阻R5組成的分壓電路，形成於3端子 調整器3之輸出的電源線4和接地GND4之間，是對A/D13輸 出基準電壓的基準電壓產生電路。15是定電壓產生電路’ 係插入於電池1之輸出的電力輸入線2和接地GND之間。此 定電壓產生電路15是由電阻R3，積納二極體（Zener diode)ZD，構成開關電路之電晶體Q等的串接而構成；積 納二極體ZD的輸出端子連接著控制電路1〇的輸入端l〇a， 定電壓Vz即傳送至此端子。又電晶體Q的基棰（Base)連接 著控制電路10的輸出端子l〇b ，而從此端子承受控制信號 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 412878 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 。繼而當電晶體Q承受此控制信號而產生了 ON的動作時'， 在積納二極體ZD的輸出端即產生定電壓Vz，此定電壓Vz乃 經由輸入端10a而形成了 A/D13的輸入信號。該A/D13是承 受了來自基準電壓產生電路14的電壓VrK作為基準電壓， 而將此基準電壓和定電壓Vz的差予MA/D轉換》產生数位 值的轉換資料（DATA)。 又前述之定電壓產生電路15為*產生定電壓輸出Vz之 電路，該定電壓輸出Vz就如圖3所示跨過了由電池1的電壓 將3端子調整器3的輸出電壓維持在一定電壓之輸出電壓 (點L參照圖3)的附近。並承受了電池1或調整器3之輸出。 在能使此裝置可動作範圍且臨近於電池1之使用界限的點 P的電壓值V3的範圍為止之定電壓Vz。而且該電路15所產 生之電歷Vz為，Μ基準電壓產生電路14的電阻R4，R5的電 詛值和定電壓產生電路15的定電壓值Vz的關係而選擇的。 又圖3的點P是對應於A/D轉換值的曲線D的基準值I?f2，該 P點幾乎是相同於裝置內的電路的可動作範圍且臨近於電 池1的使用界限點。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 16是彤成於電池1和3端子調整器3之間的類比開關等 構成的電源開關電路，其控制端子連接著控制電路1〇的輸 出端子10C，而承受來自此端子10C的控制信號。17是操作 開關在操作期間内作0H動作的起動開關（Start up switch )首先，控制電路10於當起動開關為〇H的狀態而電源電 壓Vcc供給至控制電路10的時點，起動初期設定程式12d。 MCU11則藉由此程式的執行，產生高位準（Μ下稱Η)之控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐} A7 B7 412878 五、發明説明（9 ) 信號至端子l〇c ，而使動力開關160H。並且送出初期設定 之控制信號至裝置內部的各電路。據此，由3端子調整器 3所產生的定電源電壓的電力即供應至裝置内部之各電路 0 電池耗盡檢測程式12a就如画2所示是定期中斷（ interrupt)處理程式，每經過一定的時間*每賊16msec執 行一次，而產生” Η ”的控制倍號至端子1 0 b (s t e p 1 0 0 )。據 此電晶體即形成了 ON的狀態。繼之，經過一定時間的等待 (step 101)，MCU11 即自 A/D13諌取（stepl02)經 A/D13所處 理的Α/β轉換資料。接著，令端子l〇b之電壓成為低位準 (M下稱”L”） （stepl03)。繼而進行A/D轉換值是否為基準 值RfiK上的判斷（stepl04)。若此判斷之结果是為N0，則 送出電池正常顯示訊息至LCD8(stepl05)，而結束此處理 〇 另一方面，先前之stepl04的判斷結果是為YES’則送 出電池更換或電池是近於結束的蒈告訊息至LCD8(stepl06 )，繼而進行A/D轉換值是否為基準值上的判斷（step 107)。此stepl07的判斷結果若為YES時，則監視電壓的下 降時間，在經過一定時間，令端子1 〇 c的控制信號為” L ”而 切斷來自電池1的電力供應（stepl08)。 此處之基準值的值，即如前面所說明的，對應於 画3中的點P的位置的曲線D的電壓值。此處，電池1的電力 可以活用至此點P的位置為止。亦即，電壓正常時的A/D轉 換值是形成定電壓與另一定電壓的比較狀態’因而維持於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I!—^1.-I镬II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂' 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 9 A7 B7 412878 五、發明説明（10 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 固定值。而當3端子調整器3的輸出較定電壓值開始下降 時，基準側之電壓值即下降，但輸人側為保持一定，Μ致 A/D變換值即上昇（參照曲線D)。而交接於此初期的上昇點 的電壓，即是前面的基準值Rfi 。本發明是由此處開始作 電池更換或電池近於结束訊息的酱告。此時點，是和先前 技術之電池1的電池耗盡顯示或電源切斷時點相同或相臨 近。而且藉由此處的此A/D轉換值的電池電懕的檢测，是 藉由3端子調整器3的輸出來進行直至點P的電池使用界限 為止。但是裝置是進行至可動作的範圍為止。接近於此點 P ，而交接於曲線曲的上昇點的終止點的電壓，即是前面 的基準值R f 2。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 . 逕行上述的處理*在3端子調整器3的輸出下降的時點 ，能夠產生電池更換的朁告。此時*基準電壓產生電路並 非產生基準電壓，而是Μ檢測調整器3的輸出之電壓下降 的電壓檢測電路來產生動作者。亦即，在產生3端子調整 器3的輸出為定電壓的範圍它是產生基準電壓，但在圖3的 '曲線Β的點LM後的前述警告範画*調整器3的輸出電壓則 下降。其結果，A/D轉換值即如圖3的曲線D的上昇方向產 生變化。 在此情形中，即使是取得臨近於點Ρ位置的A/D轉換值 ，由A/D13的轉換值則因由積納二極體ZD輸出之電壓維持 於一定值，因此並不損及其可靠性。而且，是藉由二次側 的3端子調整器3的輸出取得A/D轉換的輸入側（為基準電壓 的輸人側，點LK後為檢測信號的輸入側）的電壓，因此’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 10 A7 B7 412878 五、發明説明（n ) 施加於信號處理電路6和控制電路10的電壓本身即構成3檢 測電壓。Μ此點即可檢測出這些電壓的動作界限值。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖4是將定電壓電路15插入於3端子調整器3的輸出和 接地GHD之間，並以1個MOSFET1M金屬氧化半導體場效電 晶體，metal oxide semiconductor field effect transistor·)替代定電壓產生電路15的電阻R3和電晶體Q而 構成，電阻R3的電阻值是對應於M0SFET18為ON時的電阻值 。其動作和圖1之前述實胞例相同。而在此情形亦可Μ閘 極（gate)和源極（source)或是蘭極和漏極（drain)連接著 二極體的連接形態的M0SFET僅取代前述實胞例的電阻1?3° 上述之說明即是本發明的構成*但實施例的A/D13只 是其中的一例，IC內部的A / D K任何形式來構成亦可。例 如，輸入比較基準電壓而作A/D轉換的積分型A/D轉換電路 *插入型（Chopper)A/D轉換電路等都可Μ。又在實施例中 ，A/D轉換所需之時脈（Chock)產生電路則予Μ省略。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 實施例中，電池之電壓是處於正常狀態時，Μ調整器 側的輸出為基準，使定電壓側的輸出作為檢測側而得以取 得A/D轉換值，但亦可將此關係作相反操作。在此情形時 ，點L之後的A/D轉換值是從調整器側的輸出之所設定的基 準電壓更下降時點，形成逐漸減少的狀態1因此，圖2的 流程圖中的steP104，107的處理，其基準值Rfi，Rf2的判 斷則和前述相反，而成為「K下」之判斷。

再且，實施例中的控制電路的内部構成，亦可替換MCU 而使用 MPU(micro processor unit)^ (gate_ 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX297公釐） 11 412878 A7 ______B7___ 五、發明説明（12 ) array)來構成亦可。另外*定電壓產生電路並非僅限定於 實施例的電路，例如，雖然會增加消費電力，但剔除作為 開關用的電晶體Q或H0SFET18亦可。 發明的功效 從Μ上之說明可以瞭解到。本發明是設計有承受電池 或是調整電路之輸出而直至電池之使用界限附近的電壓值 為止的產生定電壓的定電壓電路，藉由將因應於此定電壓 電路之輸出和調整電路之輸出的差值之電壓，作A/D轉換 ，而能夠開始進行調整電路之輸出的開始下降時點的警告 處理。繼而，調整電路之輸出雖下降，但下降到電池的使 用界限附近時，藉由檢測此輸出的A/D轉換值*使裝置的 電源切斷或是電池耗盡之訊息顯示為止的範圍*得以延伸 而較先前技術更接近於原本真正電池壽命界限的電池耗盡 檢測。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其結果，能夠使用電池而直至臨近於電池的壽命界限 為止，例如對於可擁帶CD唱盤，只要更換了 一次電池’即 能使演奏時間延長，而減少了更換頻度由此可有效的使用 電池。 圃忒夕簡望說明 圖1為K適用於本發明之電池耗盡檢出電路之一實施 例之電源電路為中心之電路圖。 圖2為電池耗盡檢出處理之流程圖。 圖3為從警告訊息顯示至電池耗盡顯示或進行電力切 斷為止之電池的輸出電壓和其關係，以曲線圖表示之說明 本紙張尺度適用中囤國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） 12 以曲線圖表示之說明圖 1 電池 3 3端子調整器 5 , 1 0控制電路 6 信號處理電路 8 液晶顯？5F器 12a 電池耗盡檢出程式 12c 電源切斷程式 14 基準電壓產生電路 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 412878 A7 B7 五、發明説明3 ) 圖。 圖4為本發明之其他之實施例之電池耗盡檢出電路。 圖5為具有先前之電池耗盡檢出電路之電源電路為中 心之功能方塊圖。 圖6為在先前之電源電路中，從警告訊息顯示至電池 耗盡顯示或進行電力切斷為止之電池之輸出電壓和其闢係 2 電力輸入線 4 電源線 5a,13 A/D轉換器（A/D) 7 電厘檢出電路 11 微電腦控制單元 12b 電池耗盡顯示程式 12d 初期設定程式 15 定電壓產生電路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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Claims (1)

1. 412878 H D8 穴、申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 力電而的路電路出電電電盡 備側此定器前特 電整盡力電述電輸些換準耗 俱準應述理由為 之調耗電整前壓之這轉基池 更基因前處藉力 池之池之調於電路於/D之電 ，將是自微且電 電載電池述近定電應 U 定行 路為或來述，之 自負出電前臨 之整因 & 預進 電路壓為前規池 來予測述或生壓調將 f 所近 測電電壓由實電 受給檢前池產電述而 ί 與附 檢換出電藉 Μ 述 直 承供而自電圍定前壓 — 值側 盡轉輸之是得前 換 有力耗來述範之與電 換限 耗 D 之側置而自 具電消斷前之止出之 D 轉界。池Α/路號裝式來 像將力切受作為輸壓Α/的用者電述電信測程斷 - 而電或承動值之電成路使徵之 前整入檢之切 路力之示：置壓路出換電述特項，調輸述體 Κ 電電池顯有裝電電輸轉換前為 1 體述其前憶得 測之電的備該之壓此 D 轉在置第憶前，，記而 檢壓述盡俱使側電於A/D 而裝圍記為壓壓述測 盡電前耗置能限定應行Α/，測範和作電電前檢 耗定於池裝在界此因逕此較檢利器壓之之於盡 池 一 應電此 而用受是值將比的專 理電壓路存耗 電生因示；出使承或差和作測請處入電電儲池 。 種產，顯置輸之和壓的，值檢申微輸出壓行電者 1 而路來裝之池-電壓路壓 之如著之輸電執述徵 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）