CN102175906A - 一种检测电压的方法及使用该方法的充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测电压的方法及使用该方法的充电装置，该方法包括以下步骤：把外部的精准电压源与分压电阻连接，单片机的中央处理单元根据公式V_{_adj}×K/D_{_adj}＝V_ref/2ⁿ，计算出V_{_adj}/D_{_adj}的值；单片机把V_{_adj}/D_{_adj}的值存储到存储单元内；把外部的精准电压源拆除，接入充电电池，单片机的中央处理单元根据公式V_{_测}＝D_{_测}×V_{_adj}/D_{_adj}计算出检测电压的电压值。本发明与现有技术相比，本发明的充电装置运用了上述的检测电压的方法，可对电池电压精确检测、对电流进行校准后输出，对电池的充电进行可靠控制。

Description

一种检测电压的方法及使用该方法的充电装置

技术领域

本发明涉及电压检测技术，具体涉及一种检测电压的方法及使用该方法的充电装置。

背景技术

电子产品广泛使用充电电池，它具有可重复多次充电、容量大的优点。特别是锂电池以其体积小，容量大，寿命长的特点更为人们所接受，已越来越多地应用于各个领域。但如果用户使用不当或充电器和/或用电设备智能化程度不高，就会缩短电池寿命，进而影响新技术在各个行业的推广应用。要想让电池的使用寿命最大程度地发挥出来，在充电器和用电设备上做改进，无疑是一种主要的途径。

目前充电器要达到高精度的电压检测以及电流输出，需要对每个产品的某个或某些电子元件进行调整。这样的产品普遍存在成本高、智能化程度不足、控制检测误差偏大。这就迫切需要从电压检测方法及充电器或用电设备上着手，寻找一种价格低、校准方便、控制可靠、精密智能化程度高的充电方法及使用该方法的装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种可对电压精确检测的检测电压的方法。

本发明的目的之二是提供一种可对电压精确检测、对电流进行校准后输出，对电池的充电进行可靠控制的使用上述检测电压的方法的充电装置。

为了达到上述目的之一，本发明采用的技术方案如下：

一种检测电压的方法，用单片机作AD转换采样电压，由分压电阻分压后送至单片机的AD转换单元，包括以下步骤：

A、把外部的精准电压源与分压电阻连接，单片机的中央处理单元根据公式V_{_adj}×K/D_{_adj}＝V_ref/2ⁿ，计算出V_{_adj}/D_{_adj}的值，其中，

V_{_adj}：精准电压源采样的电压值；

K：分压比，是分压电阻的比值；

D_{_daj}：精准电压源的电压值经单片机采样后对应的数字量化值；

V_ref：单片机AD基准电压；

n：单片机AD的位数；

B、单片机把V_{_adj}/D_{_adj}的值存储到存储单元内；

C、把外部的精准电压源拆除，接入充电电池，单片机的中央处理单元根据公式V_{_测}＝D_{_测}×V_{_adj}/D_{_adj}计算出检测电压的电压值，其中V_{_测}：检测电压的电压值；D_{_测}：检测电压的电压值经单片机采样后对应的数字量化值。

作为优化选择，D_{_测}是单片机经过32次连续采样排序后，中间16次计算出的平均值。

作为优化选择，D_{_adj}是单片机经过32次连续采样排序后，中间16次计算出的平均值。

作为优化选择，所述的存储单元是EEPROM。

为了达到上述目的之二，本发明采用的技术方案如下：

一种使用了目的之一的检测电压的方法的充电装置，包括电池充电模块、电池检测模块及单片机，所述单片机包括中央处理单元、AD转换单元、存储单元以及控制单元，所述中央处理单元分别与AD转换单元、存储单元以及控制单元连接；所述的电池检测模块包括电压采样电路，所述的电压采样电路的输出端与单片机的AD转换单元连接；单片机的控制单元与电池充电模块的电流控制单元连接；电池充电模块的电流控制单元与电池检测模块连接。

作为优化选择，所述的电池检测模块还包括电流采样电路，所述电流采样电路的输出端与单片机的AD转换单元连接。

作为优化选择，所述电压采样电路由分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3组成，分压电阻R1与分压电阻R2串接，限流电阻R3的一端连接在分压电阻R1与分压电阻R2的连接处，限流电阻R3的另一端与AD转换单元连接，分压电阻R1的一端与电池正极端连接，分压电阻R2一端接地；所述电流采样电路由功率电阻R4，限流电阻R5组成，限流电阻R5的一端与AD转换单元连接，限流电阻R5另一端分别与电池负极端、功率电阻R5连接，功率电阻R5的一端接地，功率电阻R5的另一端与电池负极端连接。

作为优化选择，所述的电压采样电路还设有电容C1，电容C1的一端接地，另一端与限流电阻R3的AD转换单元连接端连接。

作为优化选择，所述的电流采样电路还设有电容C2，电容C2的一端接地，另一端与限流电阻R5的AD转换单元连接端连接。

作为优化选择，所述的存储单元是EEPROM。

本发明与现有技术相比，电池检测模块通过单片机校准检测电压，从而达到实时精确检测电池电压以及控制充电电流的过程。本发明还可对电池电压进行精确的检测，对电池充电电流进行精确的调整，并节约成本。

附图说明

图1为本发明实施例的检测电压的方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种充电装置的电路连接示意图；

图3为图2的电流检测模块接入外部的精准电压源时的结构连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种检测电压的方法，用单片机作AD转换采样电压，由分压电阻分压后送至单片机的AD转换单元，包括以下步骤：

步骤101：把外部的精准电压源与分压电阻连接，单片机的中央处理单元根据公式V_{_adj}×K/D_{_adj}＝V_ref/2ⁿ，计算出V_{_adj}/D_{_adj}的值，其中，

V_{_adj}：精准电压源采样的电压值；

K：分压比，是分压电阻的比值；

D_{_adj}：精准电压源的电压值经单片机采样后对应的数字量化值；

V_ref：单片机AD基准电压；

n：单片机AD的位数；

步骤102：单片机把V_{_adj}/D_{_adj}的值存储到EEPROM内；

步骤103：把外部的精准电压源拆除，接入充电电池，单片机的中央处理单元根据公式V_{_测}＝D_{_测}×V_{_adj}/D_{_adj}计算出检测电压的电压值，其中V_{_测}：检测电压的电压值；D_{_测}：检测电压的电压值经单片机采样后对应的数字量化值。

D_{_测}及D_{_adj}是单片机经过32次连续采样排序后，中间16次计算出的平均值。

如图2所示，一种使用了本实施例的检测电压的方法的充电装置10，包括电池充电模块11、电池检测模块12及单片机13。所述的电池充电模块11与现有技术相同，设有电流控制单元111。电池检测模块12包括电压采样电路121及电流采样电路122。单片机13，包括AD转换单元131、中央处理单元132、EEPROM133、控制单元134，中央处单元132分别与AD转换单元131、EEPROM133、控制单元134连接。

单片机13的控制单元134与电池充电模块11的电流控制单元111连接；电池充电模块11的电流控制单元111与电池检测模块12连接，以形成回路，控制充电输出电流。

所述电压采样电路121由分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3、电容C1组成，分压电阻R1与分压电阻R2串接，限流电阻R3的一端连接在分压电阻R1与分压电阻R2的连接处，限流电阻R3的另一端与AD转换单元131连接，分压电阻R1的一端与电池正极端连接，分压电阻R2一端接地，电容C1的一端接地，另一端与限流电阻R3的AD转换单元131连接端连接。

所述电流采样电路122由功率电阻R4，限流电阻R5电容C2、组成，限流电阻R5的一端与AD转换单元131连接，限流电阻R5另一端分别与电池负极端、功率电阻R5连接，功率电阻R5的一端接地，功率电阻R5的另一端与电池负极端连接，电容C2的一端接地，另一端与限流电阻R5的AD转换单元131连接端连接。

所述的单片机13，用于计算当外部的精准电压源接入电池检测模块12时的V_{_adj}/D_{_adj}的值，并把V_{_adj}/D_{_adj}的值存储到EEPROM133内；用于计算当充电电池接入电池检测模块12时的检测电压值(V_{_测})；用于根据检测电压值对电池充电模块11输出的充电电流进行精准控制。

现结合本实施例的检测电压的方法，详细描述本实施例的充电装置的工作原理及过程如下：

电池充电模块11，用于与电池检测模块12通过单片机13控制电池充电过程。

电压采样电路121，用于获取电池的检测电压，经电池检测模块12采样后所对应的数字量化值，再根据公式：检测电压与校准电压对应的数字量化值的乘积等于所述检测电压对应的数字量化值与校准电压的乘积，计算检测电压的数值从而获取电池的电压信息。

以下对获取电池的检测电压的过程进行详细阐述。

在生产时，首先要校准采样电压，即校准外部的精准电压源的电压值，以获得最佳的电池电压采样精度。例如对于五串锂电池，采用8400mV±5mV的外部预先精确校准。

在用单片机13作模拟数字(AD)转换采样高电压时，一般由电阻分压后送至单片机13的AD转换单元131。单片机13的中央处理单元132依据如下的公式进行换算：

V×K/D＝V_ref/2ⁿ…………①

V：所采样的电压值；

K：分压比，是分压电阻的比值，为R2/(R1+R2)；

D：单片机采样的数字量化值；

V_ref：单片机13的AD基准电压；

n：单片机13的AD的位数。

在一般的测量计算中，要想检测某个定点压点，由此公式人工手算出对应的单片机采样的数字量化值即可，这里的人工手算是把采样通道的分压电阻和AD基准电压看作理想值来考虑计算的，但是实际情况会存在偏差，所以单片机测量控制时也会有一定误差。

为了避免采样通道的电阻和AD基准电压的误差，本实施例采用一种特殊的算法来避免误差。

特殊的算法原理为：因为无数次的采样都是经过相同的采样通道参数和AD基准电压来换算的，所以可以预先首次精准采样一次，把采样数据存入单片机13的电可擦除只读存储器(EEPROM)133内，以后的采样可以与首次的精准采样比较换算，来计算出所测数值。

以下是对这一算法的推理过程。

如图3所示，首先把外部的精准电压源14与电池检测模块12连接，首次精准采样一次，把本次采样称作为校准采样，即对外部的精准电压源14进行校准，套用公式①，得：

V_{_adj}×K/D_{_adj}＝V_ref/2ⁿ…………②

V_{_adj}：本次校准的电压值；

D_{_adj}：本次校准的电压值经单片机13采样后对应的数字量化值；

然后把外部的精准电压源14拆除，接入充电电池，以后的检测采样，套用公式①，得：

V_{_测}×K/D_{_测}＝V_ref/2ⁿ……………③

由公式②和③得：

V_{_测}＝D_{_测}×V_{_adj}/D_{_adj}…………④

V_{_测}：本次检测的电压值；

D_{_测}：本次检测的电压值经单片机13采样后对应的数字量化值。

由此公式④可以看出，测量结果V_{_测}与采样通道的电阻和AD基准电压无关，只与校准电压和校准电压采样量化值有关。那么，我们在测量其它点电压时，只要用此公式由单片机13采样计算即可得知外部检测电压。这里的D_{_测}与D_{_adj}都是经过32次连续采样排序后，中间16次的平均值作为可靠数据来考虑的。

在单片机13根据上述方法运算得出检测电压值后，通过控制单元134给电池充电模块11的电流控制单元111发送控制信号，以精准控制电池充电模块11输出充电电流。

用此算法时，校准采样电压应尽量精确，≤±5mV。选用元件须注意以下几点，以达到最佳效果。

采样通道的分压电阻阻抗低漂移；

单片机AD基准电压输出低漂移；

单片机AD积分非线性误差尽量小。

电流采样电路122，用于通过功率电阻R4所检测的两端电压获取电池充电电流。此外，在获取电池充电电流的过程中，将充电电流采样值与单片机13基准值比较来精确调整PWM的占空比，从而精确调整充电电流大小。

上述实施例只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域技术人员在本发明方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种检测电压的方法，用单片机作AD转换采样电压，由分压电阻分压后送至单片机的AD转换单元，其特征在于，包括以下步骤：

A、把外部的精准电压源与分压电阻连接，单片机的中央处理单元根据公式V_{_adj}×K/D_{_adj}＝V_ref/2ⁿ，计算出V_{_adj}/D_{_adj}的值，其中，

V_{_adj}：精准电压源采样的电压值；

K：分压比，是分压电阻的比值；

D_{_adj}：精准电压源的电压值经单片机采样后对应的数字量化值；

V_ref：单片机AD基准电压；

n：单片机AD的位数；

B、单片机把V_{_adj}/D_{_adj}的值存储到存储单元内；

C、把外部的精准电压源拆除，接入充电电池，单片机的中央处理单元根据公式V_{_测}＝D_{_测}×V_{_adj}/D_{_adj}计算出检测电压的电压值，其中V_{_测}：检测电压的电压值；D_{_测}：检测电压的电压值经单片机采样后对应的数字量化值。

2.如权利要求1所述的一种检测电压的方法，其特征在于，D_{_测}是单片机经过32次连续采样排序后，中间16次计算出的平均值。

3.如权利要求1所述的一种检测电压的方法，其特征在于，D_{_adj}是单片机经过32次连续采样排序后，中间16次计算出的平均值。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种校准电压的方法，其特征在于，所述的存储单元是EEPROM。

5.一种使用了如权利要求1所述的检测电压的方法的充电装置，包括电池充电模块及电池检测模块，其特征在于，还包括单片机，所述单片机包括中央处理单元、AD转换单元、存储单元以及控制单元，所述中央处理单元分别与AD转换单元、存储单元以及控制单元连接；所述的电池检测模块包括电压采样电路，所述的电压采样电路的输出端与单片机的AD转换单元连接；单片机的控制单元与电池充电模块的电流控制单元连接；电池充电模块的电流控制单元与电池检测模块连接。

6.如权利要求5所述的一种充电装置，其特征在于，所述的电池检测模块还包括电流采样电路，所述电流采样电路的输出端与单片机的AD转换单元连接。

7.如权利要求6所述的一种充电装置，其特征在于，所述电压采样电路由分压电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3组成，分压电阻R1与分压电阻R2串接，限流电阻R3的一端连接在分压电阻R1与分压电阻R2的连接处，限流电阻R3的另一端与AD转换单元连接，分压电阻R1的一端与电池正极端连接，分压电阻R2一端接地；所述电流采样电路由功率电阻R4，限流电阻R5组成，限流电阻R5的一端与AD转换单元连接，限流电阻R5另一端分别与电池负极端、功率电阻R5连接，功率电阻R5的一端接地，功率电阻R5的另一端与电池负极端连接。

8.如权利要求7所述的一种充电装置，其特征在于，所述的电压采样电路还设有电容C1，电容C1的一端接地，另一端与限流电阻R3的AD转换单元连接端连接。

9.如权利要求7所述的一种充电装置，其特征在于，所述的电流采样电路还设有电容C2，电容C2的一端接地，另一端与限流电阻R5的AD转换单元连接端连接。

10.如权利要求5-9任一项所述的一种充电装置，其特征在于，所述的存储单元是EEPROM。

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