電池電壓檢測電路的制作方法

本實用新型涉及電子電路技術領域，具體涉及一種電池電壓檢測電路。

背景技術：

可充電電池在電池充電或放電時，由于電池內阻的存在，測量到的電池電壓與其真實電壓有偏差，偏差的大小與電池內阻和電池電流相關。

如圖1所示，電池模型由等效電池的電容和電池內阻串聯而成，在電池開路情況下，沒有充電或放電，測量到的電壓Vbat等于實際電池電壓Vopen，在電池充電或放電過程中，電流Ibat(以充電時電流方向為正向，放電時電流方向為負向)經過內阻Rbat產生壓降Ibat*Rbat，測到的電壓為Vbat＝Vopen±Ibat*Rbat，也就是說：充電時測量到的電壓比實際電池電壓大，放電時測量到的電壓比實際電池電壓小，充電或放電電流越大，測量到的電壓與實際電池電壓偏差也越大，影響對電池狀態的判斷。

可充電電池在蓄電狀態時，充電電壓Charger input經過降壓電路對電池充電(Charger input>Vbat)，在放電狀態時，電池經過升壓電路輸出的升壓電壓Boost out對外供電(Boost out>Vbat)。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術中存在的電池電壓測量值與實際值有偏差的問題，提供一種電池電壓檢測電路。本實用新型由以下技術方案實現：

一種電池電壓檢測電路，包括電流檢測電阻Rsense，放大比例電阻R1和R2，電壓補償電阻Rcomp、運算放大器及補償電流控制模塊；檢測電阻Rsense一端連接電池的充放電端，另一端連接電壓補償電阻Rcomp的一端，電壓補償電阻Rcomp的另一端連接補償電流控制模塊的補償端；放大比例電阻R1的一端連接于電流檢測電阻Rsense和電壓補償電阻Rcomp的節點，另一端連接運算放大器的一個輸入端；放大比例電阻R2的一端連接于連接電池的充放電端，另一端連接運算放大器的另一個輸入端；運算放大器的輸出端連接補償電流控制模塊的控制端，補償電流控制模塊的取樣端從放大比例電阻R1處、或放大比例電阻R2處、或放大比例電阻R1及電阻R2處采集電流，生成相應大小的補償電流，補償電流控制模塊根據充放電不同模式控制補償電流的方向后提供至所述補償端。

作為具體的技術方案，所述補償電流控制模塊包括：PMOS管PM1、PM2、PM3，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，充電時閉合的開關S2，放電時閉合的開關S1、S3；PM1的G極連接運算放大器的輸出端，S極連接放大比例電阻R1的所述另一端，D極經開關S2連接NM1的D極、NM1的G極及NM2的G極；NM1的S極連接NM2的S極及地，NM2的D極連接PM2的D極且兩者節點作為所述補償端；PM2的G極連接PM3的G極和D極，S極連接PM3的S極；NM3的D極經開關S1連接放大比例電阻R2的所述另一端，G極連接NM4的G極及運算放大器的輸出端，S極連接NM4的S極及地；NM4的D極經開關S3連接PM3的D極。

作為具體的技術方案，所述補償電流控制模塊包括：PMOS管PM1、PM2、PM3、PM4，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，充電時閉合的開關S2、S4，放電時閉合的開關S1、S3；PM1的G極、PM2的G極均連接運算放大器的輸出端，PM1的S極連接PM2的S極；PM1的D極經開關S2連接放大比例電阻R2的所述另一端，PM2的D極經開關S4連接NM1的D極、NM1的G極及NM2的G極；NM1的S極連接NM2的S極及地，NM2的D極連接PM3的D極且兩者節點作為所述補償端；PM3的G極連接PM4的G極和D極，S極連接PM4的S極；NM3的D極經開關S1連接放大比例電阻R2的所述另一端，G極連接NM4的G極及運算放大器的輸出端，S極連接NM4的S極及地；NM4的D極經開關S3連接PM4的D極。

作為具體的技術方案，所述補償電流控制模塊包括：PMOS管PM1、PM2，NMOS管NM1、NM2，充電時閉合的開關S2、S4，放電時閉合的開關S1、S3；PM1的G極、PM2的G極均連接運算放大器的輸出端，PM1的S極連接PM2的S極；PM1的D極經開關S1連接放大比例電阻R1的所述另一端，PM2的D極經開關S3、開關S4連接NM2的D極，開關S3和開關S4的節點作為所述補償端；NM1的G極和NM2的G極連接運算放大器的輸出端，NM1的S極連接NM2的S極及地，NM1的D極經開關S2連接放大比例電阻R1的所述另一端。

本實用新型提出的方案，將電池電流在電池內阻上產生的電壓差進行補償，能有效的減小電池電壓測量值與實際值之間的偏差，提高電池電壓檢測精度。

【附圖說明】

圖1為現有技術最基本的電池電壓測量電路原理圖。

圖2為本實用新型提供的電池電壓檢測電路的構成框圖。

圖3為本實用新型實施例一提供的電池電壓檢測電路的電路原理圖。

圖4為本實用新型實施例二提供的電池電壓檢測電路的電路原理圖。

圖5為本實用新型實施例三提供的電池電壓檢測電路的電路原理圖。

【具體實施方式】

如圖2所示，本實施例提供的電池電壓檢測電路，包括電流檢測電阻Rsense，放大比例電阻R1和R2，電壓補償電阻Rcomp、運算放大器及補償電流控制模塊。檢測電阻Rsense一端連接電池的充放電端，另一端連接電壓補償電阻Rcomp的一端，電壓補償電阻Rcomp的另一端連接補償電流控制模塊的補償端；放大比例電阻R1的一端連接于電流檢測電阻Rsense和電壓補償電阻Rcomp的節點，另一端連接運算放大器的一個輸入端；放大比例電阻R2的一端連接于連接電池的充放電端，另一端連接運算放大器的另一個輸入端；運算放大器的輸出端連接補償電流控制模塊的控制端，補償電流控制模塊的取樣端從放大比例電阻R1處、或放大比例電阻R2處、或放大比例電阻R1及電阻R2處采集電流，補償電流控制模塊根據充放電不同模式控制電流的方向后提供至所述補償端。

其中，補償電流控制模塊由補償電流控制管和電流鏡實現，具體實現方式有多種，以下結合附圖3至5及不同的實施例進行詳細說明。

實施例一：

如圖3所示，本實施例提供電池電壓檢測電路，包括電流檢測電阻Rsense，放大比例電阻R1和R2，電壓補償電阻Rcomp、運算放大器及補償電流控制模塊。其中補償電流控制模塊包括PMOS管PM1、PM2、PM3，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，充電時閉合的開關S2，放電時閉合的開關S1、S3。一般地，Rcomp>>Rsense，Ibat>>Icomp(其中Icomp為補償電流，以Vcomp到地的電流方向為負向，Vcomp流向電池方向為正向)。

在充電過程中，Ibat流入電池，為正向，Vsense>Vbat，此時S2閉合，S1、S3斷開，I2＝0，Vp＝Vbat，運算放大器通過控制PM1，電流I1向下拉，將Vm控制到跟Vp相等，I1*R1＝Ibat*Rsense，NM3，NM4，PM2，PM3無電流，I1經過PM1后，由NM1和NM2控制(相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡)，Icomp＝I1，方向為負向，此時：

Vcomp＝Vsense-Rcomp*Icomp＝Vopen+Ibat*(Rbat+Rsense)-Rcomp*Ibat*Rsense/R1，當取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R1/Rsense時，Vcomp＝Vopen，由此實現電池電壓檢測補償。

在放電過程中，Ibat從電池流出，為負向，Vsense<Vbat，此時S2斷開、S1和S3閉合，I1＝0，Vm＝Vsense，理想運算放大器通過控制NM3，電流I2向下拉，將Vm控制到跟Vp相等，I2*R2＝Ibat*Rsense，PM1，NM1，NM2無電流，經過電流鏡控制(NM3和NM4是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡，PM2和PM3是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡)，由于移動電源產品在電池對外放電時的狀態為升壓輸出，Boost out電壓>Vbat，補償電流Icomp方向為正向，Icomp＝I2，此時：

Vcomp＝Vsense+Rcomp*Icomp＝Vopen-Ibat*(Rbat+Rsense)+Rcomp*Ibat*Rsense/R2，當取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R2/Rsense時，Vcomp＝Vopen，由此實現電池電壓檢測補償。

綜上兩種情況的分析，充電時，前面描述的I1經過電流鏡控制，最終由NM2提供補償電流，實現Vcomp電壓補償。放電時，前面描述的I2經過電流鏡控制，最終由PM2提供補償電流，實現Vcomp電壓補償。可見，在充電和放電狀態下，Vcomp處所測得的電壓都與電池實際電壓相等，達到了本實用新型的目的。

實施例二：

圖4是第二實施例的電路原理圖。與實施例一不同之處是：充放電放大比例電阻都用R2，電阻R1無電流經過，Vm＝Vsense。由此也需要對補償電流控制管和電流鏡做了一些變更。

充電時S2、S4閉合，S1、S3斷開，此時由于Charger input比電池電壓高，運算放大器控制Vm和Vp相等，通過PM1將電流I2注入到Vp端，并通過PM2和NM1、NM2將電流Icomp向下拉(NM1和NM2是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡，PM1和PM2是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡)，Icomp＝I2，方向為負向，此時：

Vcomp＝Vsense-Rcomp*Icomp＝Vopen+Ibat*(Rbat+Rsense)-Rcomp*Ibat*Rsense/R2，當取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R2/Rsense時，Vcomp＝Vopen，由此實現電池電壓檢測補償。

放電時，S1、S3閉合，S2、S4斷開，運算放大器控制Vm和Vp相等，將電流I2向下拉，并通過NM4和PM3、PM4將電流Icomp注入到Vcomp端(NM3和NM4是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡，PM3和PM4是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡)，Icomp＝I2，方向為正向，此時：

Vcomp＝Vsense+Rcomp*Icomp＝Vopen-Ibat*(Rbat+Rsense)+Rcomp*Ibat*Rsense/R2，當取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R2/Rsense時，Vcomp＝Vopen，由此實現電池電壓檢測補償。

實施例三：

圖5是第三實施例電路原理圖。與實施例一、二不同之處是：充放電時的放大比例電阻都用R1，電阻R2上無電流經過，Vm＝Vbat。由此也需要交換運算放大器的正負端，并且對補償電流控制管和電流鏡做出一些變更。

充電時S1、S3斷開，S2、S4閉合，運算放大器控制Vm和Vp相等，通過NM1將電流I1由Vp端向下拉，并通過NM2將電流Icomp向下拉(NM1和NM2是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡)，Icomp＝I1，方向為負向，此時：

Vcomp＝Vsense-Rcomp*Icomp＝Vopen+Ibat*(Rbat+Rsense)-Rcomp*Ibat*Rsense/R1，當取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R1/Rsense時，Vcomp＝Vopen，由此實現電池電壓檢測補償。

放電時，S2、S4斷開，S1、S3閉合，運算放大器控制Vm和Vp相等，通過PM1將電流I1注入到Vp端，并通過PM2將電流Icomp注入到Vcomp端(PM1和PM2是相同類型的管，尺寸相等，構成理想電流鏡)，Icomp＝I1，方向為正向，此時：

Vcomp＝Vsense+Rcomp*Icomp＝Vopen-Ibat*(Rbat+Rsense)+Rcomp*Ibat*Rsense/R1，當取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R1/Rsense時，Vcomp＝Vopen，由此實現電池電壓檢測補償。

上述實施例僅為充分公開而非限制本實用新型，凡是依據本實用新型創新主旨且未經創造性勞動即可獲得的等效技術特征替換及增減，均應屬于本實用新型揭露的范圍。