CN109301887A - 一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池电量指示技术领域，具体公开了一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路及方法，包括阈值比较电路、与阈值比较电路连接的内阻补偿电路和LED显示电路；所述内阻补偿电路包括带有电阻R8的跨导放大器，所述跨导放大器接收基准电压VREF1转换为补偿电流Ic，通过选择CHG控制信号和DIS_CHG控制信号实现补偿电流方向，本发明无需采样电池充放电流，通过引入补偿电流产生内阻补偿量用于抵消电池内容，能够保证补偿量不受电阻精度和温度系数的影响，从而提高补偿精度，实现了有效防止电量跳格显示或电量显示回退的问题。

Description

一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路及方法
技术领域
本发明涉及电池电量指示技术领域，尤其涉及一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路及方法。
背景技术
在电池电量显示上，由于电池内阻的存在，导致电池电量采集不准，且电池在充放电过程中，存在显示回跳和跳变显示，抗干扰性差等问题。
为了解决上述问题，专利CN2017105379906公开了一种电池电量指示电路和方法以及电池管理集成电路，其内阻补偿电流Ic流过阈值比较电路中的Rb电阻，产生的压降用于抵消电池内阻Rs。但是，该方式使得比较器输入差分对管的工作状态不相同，无法均分补偿电流Ic，同时，电阻Rb精度和温度系数，给***引入误差；此外，现有技术中的阈值比较电路采用分时控制，时序逻辑复杂，需要多个基准电压源、采样保持电路和多路选择器；同时，需额外增加采样电池电流Ics电路，提高了成本。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种无需采样电池充放电流，提高补偿精度，实现有效防止电量跳格显示或电量显示回退问题的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路及方法，包括阈值比较电路、与阈值比较电路连接的内阻补偿电路和LED显示电路；所述内阻补偿电路包括带有电阻R8的跨导放大器，所述跨导放大器接收基准电压VREF1转换为补偿电流Ic，通过选择CHG控制信号和DIS_CHG控制信号实现补偿电流方向。
优选的，所述阈值比较电路包括电阻分压网络和比较器网络，所述比较器网络引入基准电压VREF2。
优选的，所述电阻分压网络采样电池电压VBAT，所述电池由电阻Rs和电容Cbat组成。
优选的，所述内阻补偿电路包括线性调节器、电流镜、电流漏、传输门和反相器；
所述线性调节器连接电流镜和电流漏，所述电流镜和电流漏分别连接传输门，所述传输门连接反相器，所述反相器连接CHG控制信号和DIS_CHG控制信号；
所述线性调节器包括放大器、电阻R8和MN1管。
优选的，所述电阻分压网络包括依次连接的电阻R1-R6，所述比较器网络包括比较器COMP0-COMP4，所述COMP0的正极端连接于电阻R2和R3之间，所述COMP1的正极端连接于电阻R3和R4之间，所述COMP2的正极端连接于电阻R4和R5之间，所述COMP3的正极端连接于电阻R5和R6之间，所述COMP4的正极端连接于电阻R6和R7之间，所述电阻R1的另一端连接电池，所述电阻R7的另一端接地，所述比较器COMP0-COMP4的负极端分别接收基准电压VREF2。
优选的，所述LED显示电路包括依次连接的脉宽滤波器、锁存保持电路、移位电路、状态解码电路、LED驱动电路和LED灯，所述锁存保持电路连接有多位数值比较器。
本发明还提供了一种如权利要求6所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路的指示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、***上电复位，阈值比较电路采样电池静态阈值结果Bi并判断电池为充电模式或放电模式；
S2、使能脉宽滤波器，通过内阻补偿电路和阈值比较电路采样电池状态Ai;
S3、使能多位数值比较器，判断电池状态Ai与Bi的大小；
S4、根据电池状态Ai与Bi的比较结果，使电池状态Bi左移或右移。
优选的，所述步骤S3具体包括以下过程：
S31、步骤S1中判断得到电池为充电模式，比较电池状态Ai是否大于电池状态Bi，是则进入步骤S4，否则回到步骤S1；
S32、步骤S1中判断得到电池为放电模式，比较电池状态Ai是否小于电池状态Bi，是则进入步骤S4，否则回到步骤S1。
优选的，所述步骤S4具体包括以下过程：
S41、若电池状态Ai大于电池状态Bi，使电池状态Bi左移一位；
S42、若电池状态Ai小于电池状态Bi，使电池状态Bi右移一位。
优选的，所述步骤S4之后还包括以下过程：在设定时间周期内刷新电池状态Bi,通过LED灯显示电池电量状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明无需采样电池充放电流，通过引入补偿电流产生内阻补偿量用于抵消电池内容，能够保证补偿量不受电阻精度和温度系数的影响，从而提高补偿精度，实现了有效防止电量跳格显示或电量显示回退的问题。
附图说明
图1为本发明的电路整体连接框图；
图2为内阻补偿电路和阈值比较电路的连接图；
图3为内阻补偿电路的一实施实例图；
图4为LED显示电路的具体电路连接图；
图5为实施例二的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。
实施例一：
请参照图1-图4，本实施例提供了一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，包括阈值比较电路、与阈值比较电路连接的内阻补偿电路和LED显示电路；内阻补偿电路包括带有电阻R8的跨导放大器，跨导放大器接收基准电压VREF1转换为补偿电流Ic，通过选择CHG控制信号和DIS_CHG控制信号实现补偿电流方向。
如图2所示，阈值比较电路包括电阻分压网络和比较器网络，比较器网络引入基准电压VREF2，具体的，电阻分压网络包括依次连接的电阻R1-R6，比较器网络包括比较器COMP0-COMP4，所述COMP0的正极端连接于电阻R2和R3之间，所述COMP1的正极端连接于电阻R3和R4之间，所述COMP2的正极端连接于电阻R4和R5之间，所述COMP3的正极端连接于电阻R5和R6之间，所述COMP4的正极端连接于电阻R6和R7之间，所述电阻R1的另一端连接电池，所述电阻R7的另一端接地，所述比较器COMP0-COMP4的负极端分别接收基准电压VRE电阻分压网络采样电池电压VBAT，电池由电阻Rs和电容Cbat组成，电阻Rs模拟电池内阻，电容Cbat模拟电池容量。
内阻补偿电路包括线性调节器、电流镜、电流漏、传输门和反相器；线性调节器连接电流镜和电流漏，电流镜和电流漏分别连接传输门，传输门连接反相器，反相器连接CHG控制信号和DIS_CHG控制信号，线性调节器包括放大器、电阻R8和MN1管，如图3所示，内阻补偿电路中的电流镜由MP1、MP2和MP3组成，电流漏由MN2和MN3组成，传输门的数量为两个，反相器的数量为四个，CHG控制信号连接两个反相器后与传输门1连接，DIS_CHG控制信号连接两个反相器后与传输门2连接，线性调节器将基准电压VREF1转换为电流VREF1/R8，经过电流镜或电流漏产生补偿电流Ic, CHG信号和DIS_CHG信号经过反相器产生传输门1和传输门2的控制信号，控制传输门1和传输门2的开关状态。
LED显示电路包括依次连接的脉宽滤波器、锁存保持电路、移位电路、状态解码电路、LED驱动电路和LED灯，锁存保持电路连接有多位数值比较器，如图4所示，LED显示电路中包括与阈值比较电路中比较器COMP0-COMP4一一对应的脉宽滤波器、锁存保持电路和移位电路。
本实施例在***完成上电后，电池进入睡眠模式，电池并未处于充放电模式，此时，电池内阻产生的压差可以忽略，采样和保持电池电压作为电池的实际电压，当电池进入充放电模式后，内阻补偿电路抵消内阻产生的电压降，采样电池电压VBAT送给多个阈值比较器，经过LED显示电路解码逻辑送给LED灯获得电池电量状态。
跨导放大器接收基准电压VREF1，转换为补偿电流Ic=±VREF1/R8,通过选择CHG控制信号和DIS_CHG控制信号实现补偿电流方向，比如:当电池处于充电模式时，CHG为高电平，Ic=VREF1/R8当电池处于放电模式时，DIS_CHG为高电平，Ic= Ic=﹣VREF1/R8，阈值比较电路中的电阻分压网络采样电池电压VBAT和内阻补偿电路的补偿电流Ic，分别产生比较阈值VTH0-VTH4，比较器网络接收比较阈值VTHi(i=0,1,2,3,4)与基准电压VREF2作比较，产生反映电池电压状态的比较值COMPi(i=0,1,2,3,4)，LED显示电路中的多个脉宽滤波器接收阈值比较电路的比较值COMPi(i=0,1,2,3,4)，经过锁存、保持、移位、解码和增大驱动产生电池电量状态的控制信号L1-L3。
本实施例中的LED灯的数量共有四个，LED灯(D4D3D2D1)接收LED显示电路控制信号L1-L3，控制LED灯开关状态，从而实现电量显示，如D4D3D2D1=0001表示电池电量只有25%；D4D3D2D1=1111表示电池电量100%，当然本实施例并不对LED灯的数量进行限制，具体可针对具体产品设计需求增加或减少LED灯的数量，此外，需要说明的是，本实施例中设定当电池充电模式时 CHG信号为高电平
当电池放电模式时DIS_CHG信号为高电平。
上电时，***进入睡眠模式，由于睡眠模式下电池电流Io约为零，电池内阻产生的 压降约为零，故有VBAT=VBATopen，***断开内阻补偿电路，此时阈值比较电路采样电池电 压VBAT，经过电阻R1-R7分压，有VBAT=VREF2*R总/Ri,（R总=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7;Ri为任 意比较器输入正端到地的电阻值），设定此公式为①，即实际开路电压VBATopen= VBAT= VREF2* R总/Ri ，此时采样的电池状态为实际开路电压VBATopen，如，以第五个比较器 COMP4为例，有VBATopen= VBAT=VREF2* R总/R7 ，以第四个比较器COMP3为例，有VBATopen= VBAT=VREF2* R总/（R6＋R7），当***进入充电模式和放电模式时，电池电压VBAT等于实际 开路电压VBATopen加减电池内阻压降，即VBAT=VBATopen±Rs﹡Io，设定此公式为②，阈值比 较电路采样内阻补偿电路的补偿电流Ic和电池电压VBAT，经过电阻R1-R7分压，有：VBAT= VREF2* R总/Ri±VREF1* R1/R8（R总=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7;Ri为任意比较器输入正端到 地的电阻值），设定此公式为③，如，以第五个比较器COMP4为例，有VBAT= VREF2*R总/R7± VREF1*R1/R8，以第四个比较器COMP3为例，有VBAT= VREF2*R总/（R7＋R6）±VREF1*R1/R8， 对比公式和可知电池电压引入内阻补偿电路后，电池内阻补偿量为±VREF1*R1/R8，在 电池处于充放电状态时，通过调整此补偿量，当±VREF1*R1/R8=±Rs﹡Io时，可抵消电池内 阻和连接电池的导线电阻，从而实现充放电模式下，间接采样电池实际开路电压VBATopen。
实施例二：
本实施例提供了一种如实施例一所述的控制电路的控制方法，包括以下步骤：S1、***上电复位，阈值比较电路采样电池静态阈值结果Bi并判断电池为充电模式或放电模式；S2、使能脉宽滤波器，通过内阻补偿电路和阈值比较电路采样电池状态Ai。
S3、使能多位数值比较器，判断电池状态Ai与Bi的大小，具体包括以下过程：S31、步骤S1中判断得到电池为充电模式，比较电池状态Ai是否大于电池状态Bi，是则进入步骤S4，否则回到步骤S1；S32、步骤S1中判断得到电池为放电模式，比较电池状态Ai是否小于电池状态Bi，是则进入步骤S4，否则回到步骤S1。
S4、根据电池状态Ai与Bi的比较结果，使电池状态Bi左移或右移，具体包括以下过程：S41、若电池状态Ai大于电池状态Bi，使电池状态Bi左移一位；S42、若电池状态Ai小于电池状态Bi，使电池状态Bi右移一位。
步骤S4之后还包括以下过程：在设定时间周期内刷新电池状态Bi,通过LED灯显示电池电量状态。
***上电复位后，阈值比较电路采样电池静态阈值结果Bi并判断电池为充电模式或放电模式，当***处于充电模式时，使能脉宽滤波器采样阈值比较电路结果，记录采样电池电压状态为Ai，然后使能多位数值比较器判断电池状态Ai和电池状态Bi大小关系，当Ai大于Bi时，电池电量状态左移一位，相当于电池电量递增一格，并刷新电池电量状态Bi;否则，返回步骤S1，保持电池电量状态Bi;当电池刷新时间到来时，***重新进入采样电池状态阶段；否则，显示电池当前充电电量状态；同理，当***处于放电模式时，与上述一致。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，其特征在于：包括阈值比较电路、与阈值比较电路连接的内阻补偿电路和LED显示电路；
所述内阻补偿电路包括带有电阻R8的跨导放大器，所述跨导放大器接收基准电压VREF1转换为补偿电流Ic，通过选择CHG控制信号和DIS_CHG控制信号实现补偿电流方向。
2.根据权利要求1所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，其特征在于：所述阈值比较电路包括电阻分压网络和比较器网络，所述比较器网络引入基准电压VREF2。
3.根据权利要求2所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，其特征在于：所述电阻分压网络采样电池电压VBAT，所述电池由电阻Rs和电容Cbat组成。
4.根据权利要求1所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，其特征在于：所述内阻补偿电路包括线性调节器、电流镜、电流漏、传输门和反相器；
所述线性调节器连接电流镜和电流漏，所述电流镜和电流漏分别连接传输门，所述传输门连接反相器，所述反相器连接CHG控制信号和DIS_CHG控制信号；
所述线性调节器包括放大器、电阻R8和MN1管。
5.根据权利要求3所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，其特征在于：所述电阻分压网络包括依次连接的电阻R1-R6，所述比较器网络包括比较器COMP0-COMP4，所述COMP0的正极端连接于电阻R2和R3之间，所述COMP1的正极端连接于电阻R3和R4之间，所述COMP2的正极端连接于电阻R4和R5之间，所述COMP3的正极端连接于电阻R5和R6之间，所述COMP4的正极端连接于电阻R6和R7之间，所述电阻R1的另一端连接电池，所述电阻R7的另一端接地，所述比较器COMP0-COMP4的负极端分别接收基准电压VREF2。
6.根据权利要求5所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路，其特征在于：所述LED显示电路包括依次连接的脉宽滤波器、锁存保持电路、移位电路、状态解码电路、LED驱动电路和LED灯，所述锁存保持电路连接有多位数值比较器。
7.一种如权利要求6所述的带内阻补偿的电池电量单向单格指示电路的指示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、***上电复位，阈值比较电路采样电池静态阈值结果Bi并判断电池为充电模式或放电模式；
S2、使能脉宽滤波器，通过内阻补偿电路和阈值比较电路采样电池状态Ai;
S3、使能多位数值比较器，判断电池状态Ai与Bi的大小；
S4、根据电池状态Ai与Bi的比较结果，使电池状态Bi左移或右移。
8.根据权利要求7所述的指示方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下过程：
S31、步骤S1中判断得到电池为充电模式，比较电池状态Ai是否大于电池状态Bi，是则进入步骤S4，否则回到步骤S1；
S32、步骤S1中判断得到电池为放电模式，比较电池状态Ai是否小于电池状态Bi，是则进入步骤S4，否则回到步骤S1。
9.根据权利要求8所述的指示方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下过程：
S41、若电池状态Ai大于电池状态Bi，使电池状态Bi左移一位；
S42、若电池状态Ai小于电池状态Bi，使电池状态Bi右移一位。
10.根据权利要求7所述的指示方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括以下过程：在设定时间周期内刷新电池状态Bi,通过LED灯显示电池电量状态。
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