TWI534436B - 電池類比電路 - Google Patents

Description

電池類比電路

本發明係關於一種電池類比電路，尤其係關於一種電池之類比電路。

目前常見的可擕式電子設備均採用充電電池進行供電，例如手機、電腦、MP3等都有採用鋰電池作為供電電源。

通常，可擕式電子設備在出廠前均需要對電子設備中的工作電路的各項功能進行測試。為保證工作電路各項功能的可靠性，測試的項目較多，由此工作電路運行時間較長，則電池需要多次的充、放電，由此對電池的損耗較大，導致電池的壽命降低。

有鑑於此，有必要提供一種在對可擕式電子設備的工作電路測試時，能夠類比並取代電池為可擕式電子設備的工作電路供電的電池類比電路。

一種電池類比電路，用於在對可擕式電子設備的工作電路測試時，替代該可擕式電子設備中為工作電路供電的電池，為該可擕式電子設備的工作電路供電。該電池類比電路包括運算放大器、輸入電壓調節電路、電流控制電路以及回饋電路。該運算放大器包括同相輸入端、反相輸入端與第一輸出端，該同相輸入端接地，該反相輸入端電性連接於該輸入電壓調節電路，該輸入電壓調節電路用於輸出一電訊號至該反相輸入端，該運算放大器將輸入至該反相輸入端與同相輸入端的電訊號作為運算輸入訊號控制該第一輸出端的電訊號。該回饋電路包括回饋輸入端、回饋輸出端與第二輸出端，該回饋輸入端電性連接於該第一輸出端，該回饋輸出端電連接於該反相輸入端，以將該第一輸出端的該電訊號回饋至該反相輸入端形成負反饋電路，該回饋電路依據自該輸入電壓調節電路輸出至該反相輸入端的電訊號限定該第二輸出端的電壓。該電流控制電路包括控制端與傳輸端，該控制端電性連接於該第一輸出端，該傳輸端電性連接於該第二輸出端，該電流控制電路依據該第一輸出端的該電訊號提供電流至該傳輸端，並且限定允許流經該傳輸端的最大電流，該電池類比電路自該第二輸出端與該傳輸端為該可擕式電子設備的工作電路供電。

相較於先前技術，電池類比電路類比電池為可擕式電子設備供電，從而在對利用電池為可擕式電子設備供電的工作電路進行測試時，能夠在不縮短電池壽命的同時，替代電池為電子設備的工作電路供電，以對工作電路的各項功能進行測試，並且該電池類比電路結構簡單。

進一步，電池類比電路還能夠接收外界電源灌入的電壓與電流，從而類比電池的充電過程。

請參閱圖1，其是本發明電池類比電路一優選實施方式的示意圖。電池類比電路1用於在對可擕式電子設備（未示出）中的工作電路進行測試過程時，替代電池為工作電路供電。電池類比電路1包括輸出端Vout，該輸出端Vout電性連接於可擕式電子設備中工作電路的電源輸入端，從而放電為工作電路供電。

電池類比電路1包括運算放大器10、輸入電壓調節電路20、電流控制電路30、回饋電路40、驅動電路50與保護電路60。

運算放大器10分別與輸入電壓調節電路20、電流控制電路30、回饋電路40以及驅動電路50電性連接，保護電路60電性連接於回饋電路40與輸出端Vout端之間，同時，保護電路60也電性連接於電流控制電路30與輸出端Vout之間。

運算放大器10的運算訊號輸入端（未標示）包括同相輸入端101與反相輸入端102、第一輸出端12、驅動電壓輸入端（未標示）包括正極驅動端V+與負極驅動端V-。該運算訊號輸入端的同相輸入端101與反相輸入端102用於接收運算輸入訊號，運算放大器10依據該運算輸入訊號決定第一輸出端12輸出的電訊號的大小和極性，其中，第一輸出端12輸出的電訊號包括電流訊號與電壓訊號。驅動電壓輸入端中的正極驅動端V+與負極驅動端V-用於接收驅動電壓訊號，以驅動該運算放大器10正常工作。在本實施例中，載入於正極驅動端V+的電壓訊號與載入於負極驅動端V-上的電壓訊號極性相反，大小可不等。

驅動電路50用於依據外部電源（未標示）提供的直流電源電壓Vcc產生運算放大器10所需的驅動電壓訊號，並將該驅動電壓訊號經由正極驅動端V+和負極驅動端V-輸入運算放大器10。在本實施例中，驅動電路50為一升壓降壓電路，其將接收的電源電壓Vcc進行升壓和降壓處理，以將電源電壓Vcc升壓為正電壓U+和降壓為負電壓U-，該正電壓U+和負電壓U-作為驅動電壓訊號被提供給該運算放大器10。可以理解，電源電壓Vcc為正電壓，U+＞Vcc，U-＜Vcc，例如當電源電壓Vcc為5V時，正電壓U+可以為10V，負電壓U-為-5V。在本實施方式中，驅動電路50中的實現升壓與降壓功能的電路可以分別採用積體晶片來實現，驅動電路50也可以直接是一積體晶片，該積體晶片具有升壓與降壓功能。驅動電路50還可為其他電壓處理電路，並不局限於升壓降壓電路。

輸入電壓調節電路20包括電壓輸入端201與電壓輸出端202，電壓輸入端201用於接收一參考電壓，電壓輸出端202電性連接於運算放大器10中運算訊號輸入端之反相輸入端102，用於為運算放大器10的反相輸入端102提供運算輸入訊號。在本實施例中，輸入該輸入電壓調節電路20的參考電壓由驅動電路50提供。具體地，驅動電路50可將負電壓U-提供給輸入電壓調節電路20，以作為輸入電壓調節電路20的參考電壓。

回饋電路40包括回饋輸入端401、回饋輸出端402以及第二輸出端403，回饋輸入端401電性連接於第一輸出端12，回饋輸出端402電性連接於反相輸入端102，回饋電路40進一步包括一由至少二電阻串聯構成的回饋支路410，該回饋支路410串接在回饋輸入端401與回饋輸出端402之間，從而配合運算放大器10構成負反饋電路。同時，自構成該回饋支路410任意兩相鄰電阻間的節點作為第二輸出端403，從而將第二輸出端403的電壓作為供電電壓Vo傳輸至輸出端Vout。在本實施例中，以回饋支路410由二串聯的第一回饋電阻411與第二回饋電阻412構成為例進行說明，第二輸出端403為自第一回饋電阻411與第二回饋電阻412間的節點P1引出，相應地，節點P1的電壓作為該供電電壓Vo。

電流控制電路30包括控制端301與傳輸端302，控制端301電性連接於第一輸出端12，傳輸端302電性連接於第二輸出端403，電流控制電路30依據自第一輸出端12輸出至控制端301的電訊號提供輸出電流Io至傳輸端302，並限定允許流經傳輸端302的最大電流，也即是限定輸出端Vout的最大電流。其中，第二輸出端403與傳輸端302均通過保護電路60與輸出端Vout電性連接，從而限定流經輸出端Vout的電流與電壓範圍。

保護電路60包括電壓驅動端601，第一傳導端602與第二傳導端603，電壓驅動端601電性連接於該外部電源，以接收電源電壓Vcc，第一傳導端602電性連接於第二輸出端403及傳輸端302，第二傳導端603電性連接於輸出端Vout，保護電路60在電源電壓Vcc出現異常時，選擇性地將第二輸出端403及傳輸端302與輸出端Vout連通或者斷開，例如當電源電壓Vcc超過預設電壓Vref範圍時，也即是電源電壓Vcc＜Vref或者電源電壓Vcc＞Vref，保護電路60將第一傳導端602與第二傳導端603斷開；而當電源電壓Vcc在預設電壓Vref範圍內時，保護電路60控制第一傳導端602與第二傳導端603電性連接，從而保護電池類比電路1與可擕式電子設備的工作電路，防止在外部電源提供的電源電壓Vcc不穩定時損壞電池類比電路1或者可擕式電子設備的工作電路。在本實施方式中，保護電路可為一繼電器。

下面結合圖2對本發明電池類比電路1一實施方式中輸入電壓調節電路20、電流控制電路30、回饋電路40、驅動電路50以及保護電路60具體電路結構進行說明。應當能夠理解，圖2所示僅為電池類比電路1的優選實施方式，具有相同功能的電路結構均可以達成相同的目的。

同相輸入端101接地。反相輸入端102與輸入電壓調節電路20的電壓輸出端202電性連接。

輸入電壓調節電路20對自電壓輸入端201接收的參考電壓經過處理後，自電壓輸出端202輸出至運算放大器10的反相輸入端102，載入同相輸入端101的接地訊號與反相輸入端102載入之經處理後的參考電壓共同作為運算輸入訊號輸入運算放大器10。

輸入電壓調節電路20包括穩壓二極體21、第一分壓電阻22、第二分壓電阻23以及輸入電阻24，穩壓二極體21的陰極接地，穩壓二極體21的陽極依次通過第二分壓電阻23與輸入電阻24電性連接於電壓輸出端202。第一分壓電阻22電性連接於電壓輸入端201與穩壓二極體21的陽極之間。可以理解，在本發明其他實施方式中，第二分壓電阻23與輸入電阻24可以合併為一個電阻，且可為可變電阻。

回饋電路40還包括第三回饋電阻413，第三回饋電阻413電性連接於第二輸出端403與地之間。

進一步，回饋電路40還包括高頻抑制電路420，高頻抑制電路420電性連接於回饋輸入端401與回饋輸出端402之間，用於抑制回饋輸入端401和回饋輸出端402的高頻自激，該高頻抑制電路420包括高頻抑制電容C，該高頻抑制電容C分別電性連接於回饋輸入端401與回饋輸出端402，其中，高頻抑制電容C的電容值為皮法（PF）級別。

電流控制電路30包括第一開關單元31與第二開關單元32，第一開關單元31與第二開關單元32電性連接於控制端301與傳輸端302之間，控制端301控制第一開關單元31與第二開關單元32的導通或者截止。當第一開關單元31導通，該第二開關單元32截止，第一開關單元31輸出電流訊號至傳輸端302；當該第一開關單元31截止，該第二開關單元32導通，第二開關單元32提供一導通回路將載入於傳輸端302的電流訊號泄放至地。

第一開關單元31包括第一控制極310、第一導入端311與第一導出端312，第一控制極310電性連接於控制端301，第一導入端311接收電源電壓Vcc，第一導出端312電性連接於該傳輸端302。

第二開關單元32包括第二控制極320、第二導入端321與第二導出端322。第二控制極320電性連接於控制端301，第二導入端321電性連接於傳輸端302，第二導出端322接地。

其中，第一開關單元31為N型場效應管，該N型場效應管之閘極作為該第一控制極310，該N型場效應管之源極作為該第一導入端311，該N型場效應管之汲極作為該第一導出端312。第二開關單元32為P型場效應管，該P型場效應管之閘極作為該第二控制極320，該P型場效應管之源極作為該第二導入端321，該P型場效應管之汲極作為該第二導出端322。該N型場效應管與P型場效應管允許通過的汲極電流即為傳輸端302輸入或者輸出的電流的最大值。

下面結合圖2，具體說明電池類比電路1的工作過程：

當需要對可擕式電子設備的工作電路進行測試時，將電池類比電路1的輸出端Vout與可擕式電子設備的工作電路的電源輸入端電性連接，電池類比電路1上電工作，並為可擕式電子設備的工作電路供電。

驅動電路50中將電源電壓Vcc升壓至正電壓U+，以及將電源電壓Vcc降壓至負電壓U-，並將正電壓U+與負電壓U-分別輸出至運算放大器10的正極驅動端V+與負極驅動端V-，從而驅動運算放大器10工作。

輸入電壓調節電路20自電壓輸入端201接收負電壓U-，負電壓U-經由第一分壓電阻22、第二分壓電阻23以及輸入電阻24傳輸至電壓輸出端202，其中，第一分壓電阻22與第二分壓電阻23之間的節點（未標示）的電壓為穩壓二極體21的穩定電壓Uz。則自電壓輸出端202輸出的電流為Uz/R1+R2，其中，R1、R2分別為第二分壓電阻23與輸入電阻24的電阻值。可以理解，Uz為負電壓。

依據運算放大器的淨輸入電壓與淨輸入電流為零可知，回饋電路40的回饋輸出端402載入的電流等同於電壓輸出端202的電流，為Uz/R1+R2，該電流經第一回饋電阻411傳輸至第二輸出端403，則第二輸出端403的電壓U1為Uz*Rf/R1+R2，其中Rf為第一回饋電阻411的電阻值。

另外，由於此時可擕式電子設備的工作電路作為需要供電的負載電路，則該可擕式電子設備的工作電路的電源輸入端基本為0V或者至少小於第二輸出端403的電壓U1，由此，反相輸入端102的電壓被拉低至0V電壓以下，載入反相輸入端102的電壓小於同相輸入端101的接地電壓（0V），也即是載入於反相輸入端102的電壓為負電壓，運算放大器10與回饋電路40構成反相比例放大電路，則第一輸出端12上的電壓U2為正電壓，電流控制電路30的控制端301輸入的電壓U2為正電壓，第一開關單元31導通，第二開關單元32截止，第一開關單元31輸出電流至傳輸端302。

保護電路60在電源電壓Vcc無異常時，將第一傳導端602與第二傳導端603電性導通，則載入於第二輸出端403的電壓以及傳輸端302的電流自輸出端Vout輸出至該可擕式電子設備的工作電路，為該工作電路供電，此時，電池類比電路1處於放電狀態，類比電池的放電過程。

優選地，當外界電源提供一大於輸出端Vout的電壓和電流的電訊號至輸出端Vout，則電池類比電路1處於充電狀態，此時，輸出端Vout向回饋電路40以及電流控制電路30反向灌入電流，運算放大器10的反相輸入端102的電壓被拉高至0V電壓以上，則載入於反相輸入端102的電壓大於同相輸入端101的接地電壓，也即是載入於反相輸入端102的電壓為正電壓，由此，第一輸出端12輸出的電壓U2為負電壓，電流控制電路30的控制端301接收該負電壓，第一開關單元31截止，第二開關單元32導通，自傳輸端302灌入的電流自該第二開關單元32泄放至地，從而模擬了電池的充電過程。

再次，藉由更改第二分壓電阻23、輸入電阻24或者第一回饋電阻411的電阻值，即可改變第二輸出端403以及輸出端Vout的電壓；藉由更換具有不同汲極電流的N型或者P型場效應管即可獲得允許不同之流經輸出端Vout之最大電流，進而實現模擬不同輸入/輸出電流以及輸入/輸出電壓的電池。

在電池類比電路1工作的過程中，在運算放大器10的反相輸入端102和第一輸出端12產生的高頻自激訊號，亦即是回饋輸入端401和回饋輸出端402產生的高頻自激訊號，利用高頻抑制電容C進行抑制。

可變更地，當電池類比電路1僅為可擕式電子設備的工作電路供電時，而並無需模擬電池的充電過程時，電流控制電路30中的第二開關單元32可以省略。另外，在電源電壓Vcc較穩定時，保護電路60也可以省略。

與先前技術相比，電池類比電路1在類比電池的為可擕式電子設備供電，還能夠依據需要方便地調整輸入/輸出電壓以及輸入/輸出電流，從而在對利用電池供電的可擕式電子設備的工作電路進行測試時，能夠在不損耗電池電量之同時，替代電池為可擕式電子設備的工作電路供電，以對工作電路的各項功能進行測試，並且該電池類比電路結構簡單。

進一步，電池類比電路1還能夠接收外界電源灌入的電壓與電流，從而類比電池的充電過程。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施例，本發明之範圍並不以上述實施例爲限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1．．．電池類比電路

10．．．運算放大器

101．．．同相輸入端

102．．．反相輸入端

12．．．第一輸出端

V+．．．正極驅動端

V-．．．負極驅動端

20．．．輸入電壓調節電路

201．．．電壓輸入端

202．．．電壓輸出端

21．．．穩壓二極體

22．．．第一分壓電阻

23．．．第二分壓電阻

24．．．輸入電阻

30．．．電流控制電路

301．．．控制端

302．．．傳輸端

31．．．第一開關單元

310．．．第一控制極

311．．．第一導入端

312．．．第一導出端

32．．．第二開關單元

320．．．第二控制極

321．．．第二導入端

322．．．第二導出端

40．．．回饋電路

401．．．回饋輸入端

402．．．回饋輸出端

403．．．第二輸出端

410．．．回饋支路

411．．．第一回饋電阻

412．．．第二回饋電阻

413．．．第三回饋電阻

420．．．高頻抑制電路

C．．．高頻抑制電容

50．．．驅動電路

60．．．保護電路

601．．．電壓驅動端

602．．．第一傳導端

603．．．第二傳導端

Vcc．．．電源電壓

P1．．．節點

U+．．．正電壓

U-．．．負電壓

Vout．．．輸出端

圖1是本發明一實施方式中電池類比電路的方框示意圖。

圖2是如圖1所示的電池類比電路的具體電路結構圖。

1．．．電池類比電路

10．．．運算放大器

101．．．同相輸入端

102．．．反相輸入端

12．．．第一輸出端

V+．．．正極驅動端

V-．．．負極驅動端

20．．．輸入電壓調節電路

201．．．電壓輸入端

202．．．電壓輸出端

30．．．電流控制電路

301．．．控制端

302．．．傳輸端

40．．．回饋電路

401．．．回饋輸入端

402．．．回饋輸出端

403．．．第二輸出端

410．．．回饋支路

411．．．第一回饋電阻

412．．．第二回饋電阻

50．．．驅動電路

60．．．保護電路

601．．．電壓驅動端

602．．．第一傳導端

603．．．第二傳導端

Vcc．．．電源電壓

P1．．．節點

U+．．．正電壓

U-．．．負電壓

Vout．．．輸出端

Claims (10)

1. 一種電池類比電路，用於在對可擕式電子設備的工作電路測試時，替代該可擕式電子設備中為工作電路供電的電池，為該可擕式電子設備的工作電路供電，該電池類比電路包括運算放大器、輸入電壓調節電路、電流控制電路以及回饋電路，該運算放大器包括同相輸入端、反相輸入端與第一輸出端，該同相輸入端接地，該反相輸入端電性連接於該輸入電壓調節電路，該輸入電壓調節電路用於輸出一電訊號至該反相輸入端，該運算放大器將輸入至該反相輸入端與同相輸入端的電訊號作為運算輸入訊號控制該第一輸出端的電訊號，該回饋電路包括回饋輸入端、回饋輸出端與第二輸出端，該回饋輸入端電性連接於該第一輸出端，該回饋輸出端電連接於該反相輸入端，以將該第一輸出端的該電訊號回饋至該反相輸入端形成負反饋電路，該回饋電路依據自該輸入電壓調節電路輸出至該反相輸入端的電訊號限定該第二輸出端的電壓，該電流控制電路包括控制端與傳輸端，該控制端電性連接於該第一輸出端，該傳輸端電性連接於該第二輸出端，該電流控制電路依據該第一輸出端的該電訊號提供電流至該傳輸端，並且限定允許流經該傳輸端的最大電流，該電池類比電路自該第二輸出端與該傳輸端為該可擕式電子設備的工作電路供電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池類比電路，其中，該回饋電路包括一回饋支路，回饋支路串聯於該回饋輸入端與該回饋輸出端之間，該回饋支路包括至少二串聯的電阻，該至少二串聯的電阻之間的節點作為該第二輸出端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池類比電路，其中，該回饋電路還包括高頻抑制電路，該高頻抑制電路電性連接於該回饋輸入端與該回饋輸出端之間，用於抑制該回饋輸入端和該回饋輸出端的高頻自激。
4. 如申請專利範圍第1至3項任意一項所述之電池類比電路，其中，該電流控制電路包括第一開關單元，該第一開關單元包括第一控制極、第一導入端與第一導出端，該第一控制極電性連接於該控制端，該第一導入端用於接收一電源電壓，該第一導出端電性連接於該傳輸端，該第一開關單元依據該控制極接收的該第一輸出端的電訊號控制該第一開關單元的導通或者截止，當該電池類比電路自該第二輸出端與該傳輸端為該可擕式電子設備的工作電路供電時，該第一開關單元依據該第一輸出端輸出的電訊號控制該第一開關單元導通，該第一開關單元提供並限定允許流經該傳輸端的最大電流。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電池類比電路，其中，該第一開關單元為N型場效應管，該N型場效應管之閘極作為該第一控制極，該N型場效應管的源極作為該第一導入端，該N型場效應管之汲極作為該第一導出端。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電池類比電路，其中，該電流控制電路還包括第二開關單元，第二開關單元包括第二控制極、第二導入端與第二導出端，該第二控制極電性連接於該控制端，該第二導入端電性連接於該傳輸端，該第二導出端接地，該第二開關單元依據該第二控制極接收的該第一輸出端的電訊號控制該第二開關單元的導通或者截止，當該電池類比電路自該第二輸出端與該傳輸端為該可擕式電子設備的工作電路供電時，該第一輸出端的該電訊號控制該第二開關單元截止；當一外界電源自該第二輸出端與該傳輸端輸入電訊號而對該電池類比電路充電時，該第一輸出端的該電訊號控制該第一開關單元截止，以及控制該第二開關單元導通，該傳輸端的電流經由該第二開關單元泄放至地，且該第二開關單元限定流經該傳輸端的最大電流。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池類比電路，其中，該第一開關單元為N型場效應管，該N型場效應管的閘極作為該第一控制極，該N型場效應管的源極作為該第一導入端，該N型場效應管之汲極作為該第一導出端，第二開關單元為P型場效應管，該P型場效應管的閘極作為該第二控制極，該P型場效應管的源極作為該第二導入端，該P型場效應管的汲極作為該第二導出端。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電池類比電路，其中，該輸入電壓調節電路包括電壓輸入端與電壓輸出端，該電壓輸入端用於接收一參考電壓，該電壓輸出端電性連接於該反相輸入端，該電壓調節電路包括穩壓二極體、第一分壓電阻以及輸入電阻，該穩壓二極體的陰極接地，該穩壓二極體的陽極依次通過該第一分壓電阻電性連接於該電壓輸入端，且該穩壓二極體之陽極同時經由該輸入電阻電性連接於該電壓輸出端。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電池類比電路，其中，該電池類比電路還包括驅動電路，該驅動電路用於驅動該運算放大器工作，該驅動電路接收一電源電壓，並將該電源電壓降壓為負電壓以及升壓為正電壓，以及將該正電壓與負電壓提供給該運算放大器，驅動該運算放大器工作。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電池類比電路，其中，該電池類比電路還包括一保護電路，該保護電路包括電源輸入端、第一傳導端與第二傳導端，該電源輸入端接收該電源電壓，該第一傳導端電性連接於該第二輸出端與該傳輸端，該第二傳導端電性連接於該電池類比電路之輸出端，當該電源電壓在一預設電壓範圍時，該保護電路控制該第一傳導端與該第二傳導端電性導通；當該電源電壓超出該預設電壓範圍時，該保護電路控制該第一傳導端與該第二傳導端斷開。