電壓檢測電路以及使用該電路的電池裝置的製作方法
2023-06-05 02:32:16
專利名稱：電壓檢測電路以及使用該電路的電池裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測出電池等的電壓，並輸出表示該電壓相對給定電壓是偏高還是偏低的信號的電壓檢測電路以及能夠充分發揮電池的能力的適於電池搭載機器的電池裝置。
背景技術：
以前，這種電壓檢測電路以及使用它的電池裝置，公知的例如有專利文獻1中所公布的裝置。作為其中之一例，圖4中示出了電壓檢測電路以及使用它的電池裝置。該電池裝置101由電壓檢測電路102、生成其輸入電壓VBAT並且一端接地的串聯連接的電阻104、105、以及與其另一端相連接的成為電池搭載機器的電源的電池103構成。電池103的電壓被串聯連接的電阻104、105所分壓，其電壓作為輸入電壓VBAT輸入給電壓檢測電路102。電壓檢測電路102將該輸入電壓VBAT與檢測閾值電壓VTH進行比較。如果輸入電壓VBAT高於檢測閾值電壓VTH，便判斷有電池剩餘量，從輸出端子OUT輸出該電壓檢測結果的高電平。反之，如果輸入電壓VBAT低於檢測閾值電壓VTH，便判斷沒有電池剩餘量，從輸出端子OUT輸出該電壓檢測結果的低電平。另外，輸出端子OUT與構成電池搭載機器的其他電子部件(未圖示)相連接。
電壓檢測電路102，由根據輸入電壓VBAT上升(從低電壓變化到高電壓)的情況與下降(從高電壓變化到低電壓)的情況，有選擇地生成分別不同的閾值電壓(高側與低側)的閾值電壓生成器112、將該閾值電壓(檢測閾值電壓Vth)與輸入電壓VBAT進行比較的比較器111、將其輸出反相併輸出的反相器124、接收其輸出並從輸出端子OUT輸出電壓檢測結果的輸出開關元件113、以及生成基準電壓VREF的基準電壓生成器(REF)114構成。這裡，反相器124的輸出，還進行閾值電壓生成器112中的兩個閾值電壓的選擇。另外，將基準電壓VREF用作該閾值電壓的基準。
閾值電壓生成器112與比較器111，實現輸入電壓檢測的滯後(hysteresis)。通過這樣，防止在輸入電壓VBAT位於檢測閾值電壓VTH附近的情況下，微小的噪聲使得輸出開關元件113反覆接通/斷開，使得輸出端子OUT的輸出變得不穩定。
專利文獻1特開平11-258280號公報該電池裝置101，在輸入電壓VBAT上升的情況下選擇高側的閾值電壓，在下降的情況下選擇低側的閾值電壓。因此，在取出了電池103時，輸入電壓VBAT下降，因此低側的閾值電壓，由於在之後將電池103再次裝入時輸入電壓VBAT上升，因此高側的閾值電壓，分別變為設為檢測閾值電壓VTH。
圖5中示出了該輸入電壓VBAT與檢測閾值電壓VTH之間的關係。圖中，示出了只有很少的電池剩餘量的情況，也即在電池103的使用初期從輸入電壓VBAT超過了高側閾值電壓(例如2.9V)的狀態開始電壓逐漸下降，下降到高側的閾值電壓與低側的閾值電壓(例如2.5V)之間的電壓(例如2.6V)的狀態的情況。如果取下電池103，輸入電壓VBAT下降，與低側的閾值電壓相交叉，輸出端子OUT便從高電平變為低電平，同時檢測閾值電壓VTH被設為高側的閾值電壓。這樣，如果在輸入電壓VBAT變為接地電位(0V)之後，再次安裝同一個電池103，輸入電壓VBAT便立刻開始上升，超過低側的閾值電壓。但是，由於達不到高側的閾值電壓從而不會與其相交叉，因此輸出端子OUT保持低電平。所以，電池搭載機器，在取出電池103之前一直作為有電池剩餘量的狀態進行工作，但在一旦將電池103取下之後再次安裝的情況下，就變為電池103沒有剩餘量的狀態，出現電池搭載機器無法起動的現象。因此，電池搭載機器無法使用到電池103的剩餘量的界限，使得電池可使用時間減少。
發明內容
本發明鑑於以上問題，目的在於提供一種在安裝在電池搭載機器中的情況下，能夠可靠地將該電池使用到使用限度的電壓檢測電路以及使用它的電池裝置。
為了解決上述問題，本發明的理想實施方式的相關電壓檢測電路電路，具有輸入電壓比較電路，其對應於將第1閾值電壓或比其低的第2閾值電壓與輸入電壓進行比較的輸出，控制輸出開關元件的導通截止，同時在輸入電壓從低電壓變化為高電壓並與第1閾值電壓相交叉時，選擇第2閾值電壓，在輸入電壓從高電壓變為低電壓並與第2閾值電壓相交叉時，選擇第1閾值電壓；以及閾值電壓強制設定電路，其將低於第2閾值電壓的第3閾值電壓與輸入電壓進行比較，在輸入電壓從低電壓變化為高電壓並與第3閾值電壓相交叉時，輸出脈衝，使得從此時開始的給定的期間內，輸入電壓比較電路中強制選擇第2閾值電壓；在輸入電壓上升時，在輸入電壓比較電路中將第2閾值電壓與輸入電壓進行比較。
該閾值電壓強制設定電路，最好在輸入電壓從低電壓變化為高電壓並與第3閾值電壓相交叉時，選擇比第3閾值電壓更低的第4閾值電壓，在輸入電壓從高電壓變為低電壓並與第4閾值電壓相交叉時，選擇第3閾值電壓。
本發明的理想實施方式的相關電池裝置，具有上述的電壓檢測電路；生成其輸入電壓並且一端接地的串聯連接的電阻；以及與其另一端相連接的電池。
發明效果本發明的理想實施方式的相關電壓檢測電路以及使用它的電池裝置，設置比第1與第2閾值電壓低的第3閾值電壓，在輸入電壓的上升時，如果達到第3閾值電壓，閾值電壓強制設定電路便將輸入電壓比較電路設為第2閾值電壓，因此在安裝在電池搭載機器中的情況下，能夠可靠地將該電池使用到使用限度。
圖1為本發明的實施方式的相關電壓檢測電路以及使用它的電池裝置的電路圖。
圖2為上述的閾值電壓生成器的電路圖。
圖3為上述電壓生成器的動作波形圖。
圖4為背景技術的電壓檢測電路與使用它的電池裝置的電路圖。
圖5為上述電路的動作波形圖。
圖中1-電池裝置，2-電壓檢測電路，3-電池，4、5-電阻，7-輸入電壓比較電路，8-閾值電壓強制設定電路，13-開關元件，VBAT-輸入電壓，VTH-檢測閾值電壓，Vth1-第1閾值電壓，Vth2-第2閾值電壓，Vth3-第3閾值電壓，Vth4-第4閾值電壓。
具體實施例方式
下面對照附圖對本發明的最佳實施方式進行說明。圖1為本發明的實施方式的電壓檢測電路2與使用它的電池裝置1的電路圖。
該電池裝置1，具有電壓檢測電路2、生成其輸入電壓VBAT並且一端接地的串聯連接的電阻4、5、以及與其另一端相連接的成為電池搭載機器的電源的電池3。電池3的電壓被串聯連接的電阻4、5所分壓，其電壓作為輸入電壓VBAT輸入給電壓檢測電路2。電壓檢測電路2將該輸入電壓VBAT與檢測閾值電壓VTH進行比較。如果輸入電壓VBAT高於檢測閾值電壓VTH，便判斷有電池剩餘量，從輸出端子OUT輸出該電壓檢測結果的高電平。反之，如果輸入電壓VBAT低於檢測閾值電壓VTH，便判斷沒有電池剩餘量，從輸出端子OUT輸出該電壓檢測結果的低電平。另外，輸出端子OUT與構成電池搭載機器的其他電子部件(未圖示)相連接。另外，串聯的電阻4、5的電阻值的比也即分壓比，由構成電池搭載機器的各個電子部件的規格決定，另外，為了抑制所流通的直流電流的值，而採用非常大的電阻值。
電壓檢測電路2，具有輸入電壓比較電路7與閾值電壓強制設定電路8作為主要電路。輸入電壓比較電路7，將第1閾值電壓Vth1或比其低的第2閾值電壓Vth2作為檢測閾值電壓VTH，對應於將其與輸入電壓VTH相比較的輸出，控制輸出開關元件13的開關(導通/截止)。同時，輸入電壓比較電路7中，在輸入電壓VBAT上升，也即從低電壓變為高電壓並與第1閾值電壓Vth1相交叉時，將第2閾值電壓Vth2選擇為檢測閾值電壓VTH，在輸入電壓VBAT下降，也即從高電壓變為低電壓並與第2閾值電壓Vth2相交叉時，將第1閾值電壓Vth1選擇為檢測閾值電壓VTH。因此，輸入電壓比較電路7具有輸入電壓檢測的滯後，防止在輸入電壓位於檢測閾值電壓VTH附近的情況下，微小的噪聲使得輸出開關元件13反覆導通/截止，使得輸出端子OUT的輸出變得不穩定，在電壓檢測電路2自身以及構成電池搭載機器的各個電子部件中產生貫通電流或噪聲。另外，輸出開關元件13，是漏極開路(open drain)的N型MOS電晶體，在電壓檢測電路2的外側被電阻(未圖示)提升到任一個電源。
閾值電壓強制設定電路8，將比第2閾值電壓Vth2低的第3閾值電壓Vth3與輸入電壓VBAT進行比較，在輸入電壓VBAT從低電壓變化為高電壓並與第3閾值電壓Vth3相交叉時，為了在從此時開始給定的期間，在輸入電壓比較電路7中強制選擇第2閾值電壓Vth2，而將脈衝輸出給輸入電壓比較電路7。通過這樣，在輸入電壓VBAT從接地電位開始上升時，輸入電壓比較電路7中，將第2閾值電壓Vth2與輸入電壓VBAT進行比較。
進而，閾值電壓強制設定電路8，在輸入電壓VBAT從低電壓變化為高電壓並與第3閾值電壓Vth3相交叉時，選擇比第3閾值電壓Vth3低的第4閾值電壓Vth4，在輸入電壓VBAT從高電壓變化為低電壓並與第4閾值電壓Vth4相交叉時，選擇第3閾值電壓Vth3。因此，閾值電壓強制設定電路8也具有滯後性，防止在輸入電壓VBAT位於第3閾值電壓Vth3附近的情況下，閾值電壓強制設定電路8的輸出變得不穩定。
更為詳細地說，電壓檢測電路2具有將輸入電壓比較電路7的輸出反相併輸出的反相器24；根據該輸出而導通/截止的輸出開關元件13；被輸入了輸入電壓比較電路7的輸出與閾值電壓強制設定電路8的輸出，控制輸入電壓比較電路7自身的NOR電路23；以及直接輸入電池3的電壓，生成基準電壓VREF並輸出的基準電壓生成器(REF)14。
並且，輸入電壓比較電路7由將第1或第2閾值電壓作為檢測閾值電壓VTH有選擇地生成的閾值電壓生成器12，與將輸入給反相輸入端子的檢測閾值電壓VTH與輸入給同相輸入端子的輸入電壓VBAT進行比較的比較器11構成。
閾值電壓生成器12如圖2所示，由串聯在基準電壓VREF與接地電位之間的串聯連接的電阻31、32，以及與電阻31並聯設置並被端子CNTLa的輸入電壓控制的開關33構成。電阻31與電阻32的接點變為輸出端子OUTa，與比較器11的反相輸入端子相連接。另外，端子CNTLa與NOR電路23的輸出相連接，如上所述，被輸入電壓比較電路7自身的輸出與閾值電壓強制設定電路8所控制。如果端子CNTLa的電壓變為高電平，開關33便閉合，從輸出端子OUTa輸出基準電壓VREF作為第1閾值電壓Vth1。如果端子CNTLa的電壓變為低電平，開關33便打開，從輸出端子OUTa輸出基準電壓VREF被電阻31與電阻32分壓之後的電壓作為第2閾值電壓Vth2。
另外，輸入電壓比較電路7，通過具有閾值電壓生成器12與比較器11，來實現輸入電壓VBAT檢測的滯後性，但是通過其他電路構成當然也能夠實現滯後性。
閾值電壓強制設定電路8具有有選擇地生成第3或第4閾值電壓的第2閾值電壓生成器16；將輸入給同相輸入端子的第3或第4閾值電壓與輸入給反相輸入端子的輸入電壓VBAT進行比較的第2比較器15；輸入第2比較器15的輸出的N型MOS電晶體17；與N型MOS電晶體17的輸出相連接，且另一端與基準電壓VREF相連接的恆流源18；與N型MOS電晶體17的輸出相連接，且另一端與接地電位相連接的電容器19；將N型MOS電晶體17的輸出反相併輸出的反相器電路20；將第2比較器15的輸出反相併輸出的反相器電路21；以及輸入反相器電路20、21的輸出，並輸出給上述NOR電路23的輸入端子的AND電路22。
N型MOS電晶體17、恆流源18、電容器19、以及反相器20是生成延遲期間(例如1微秒)的電路。該電路可以替換成輸入成為基準的時鐘，並生成延遲期間的計時器。通過該生成延遲期間的電路、反相器21、以及AND電路22，生成以該延遲期間為脈衝寬度的脈衝。
第2閾值電壓生成器16，如圖2所示，由串聯在基準電壓VREF與接地電位之間的電阻34、35、36、以及與電阻34並聯設置並被端子CNTLb的輸入電壓控制的開關37構成。電阻35與電阻36的接點變為輸出端子OUTb，與第2比較器15的同相輸入端子相連接。另外，端子CNTLb與第2比較器15的輸出相連接。並且，如果端子CNTLb的電壓變為高電平，開關37便閉合，從輸出端子OUTb輸出基準電壓VREF被電阻35與電阻36分壓之後的電壓作為第3閾值電壓Vth3，如果端子CNTLb的電壓變為低電平，開關37便打開，從輸出端子OUTb輸出基準電壓VREF被電阻34與電阻35所構成的串聯連接的電阻與電阻36分壓之後的電壓作為第4閾值電壓Vth4。
另外，如上所述，閾值電壓強制設定電路8具有滯後性這一點，為了防止閾值電壓強制設定電路8的輸出變得不穩定是很理想的。但是，由於該輸出並不輸出到電壓檢測電路2的外部，因此其所引起的貫通電流或噪聲的程度也不會較大。所以考慮將其省略。這種情況下，第2閾值電壓生成器16，沒有圖2所示的電阻34與端子CNTLb，總是只輸出第3閾值電壓Vth3。
接下來，根據圖3並例示出具體的電壓值等，對電壓檢測電路2的動作進行說明。如果輸入電壓VBAT比作為檢測閾值電壓VTH的第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)高(例如2.6V)，輸出端子OUT的輸出就變為高電平，判斷有電池3的剩餘量。在該狀態下如果取下電池3，輸入電壓VBAT便下降。這樣，如果輸入電壓VBAT從高電壓變化為低電壓並與第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)相交叉，比較器11的輸出電壓便從高電平變為低電平。這樣，輸出開關元件13導通，輸出端子OUT變為低電平，同時，閾值電壓生成器12所生成的檢測閾值電壓VTH變為第1閾值電壓Vth1(例如2.9V)。另外，雖然未圖示，但如果輸入電壓VBAT進一步下降，輸入電壓VBAT從高電壓變化為低電壓並與第4閾值電壓Vth4(例如2.0V)相交叉，第2比較器15的輸出電壓便從低電平變為高電平，第2閾值電壓生成器16所生成的閾值電壓變為第3閾值電壓Vth3(例如2.4V)。
接下來，對再次裝入電池3，輸入電壓VBAT從接地電位開始上升時的電壓檢測電路2的動作進行說明。如果輸入電壓VBAT從低電壓變化為高電壓並與第2閾值電壓生成器16所生成的第3閾值電壓Vth3(例如2.4V)相交叉，第2比較器15的輸出電壓便從高電平變為低電平。這樣，N型MOS電晶體17截止，通過來自恆流源18的電流，讓電容器19的電壓從接地電位開始慢慢上升，到通過來自恆流源18的電流的值與電容器19的電容值所決定的延遲期間(例如1微秒)為止，反相器20判斷輸入為低電平。因此，由於AND電路22的輸入均為高電平，因此其輸出TP也變為高電平，NOR電路23的輸出與其他輸入，也即來自輸入電壓比較電路7自身的控制信號無關，變為低電平。因此，閾值電壓生成器12所生成的檢測閾值電壓VTH，變為第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)。另外，在該動作的同時，第2閾值電壓生成器16所生成的閾值電壓變為第4閾值電壓(例如2.0V)。
進而輸入電壓VBAT上升，到上述延遲期間(例如1微秒)為止，如果輸入電壓VBAT從低電壓變化為高電壓並與第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)相交叉，比較器11的輸出電壓便從低電平變為高電平。這樣，輸出開關元件13截止，輸出端子OUT變為高電平。另外，由於對NOR電路23的輸入變為高電平，因此即使上述延遲期間(例如1微秒)經過後，閾值電壓生成器12所生成的檢測閾值電壓VTH，也保持為第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)。因此，即使輸入電壓VBAT是低於第1閾值電壓Vth1(例如2.9V)的電壓，但如果超過了第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)，就判斷有電池剩餘量。
另外，到上述延遲期間(例如1微秒)為止，在輸入電壓VBAT從低電壓變化為高電壓但沒有與第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)相交叉的情況下，AND電路22的輸出TP變為低電平，NOR電路23的輸出變為高電平，閾值電壓生成器12所生成的檢測閾值電壓VTH返回到第1閾值電壓Vth1(例如2.9V)。並且，比較器11的輸出電壓保持低電平，輸出端子OUT保持低電平不變，判斷沒有電池剩餘量。圖3的右部所示的狀態，是輸入電壓VBAT為沒有達到第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)的電壓(例如2.45V)的情況，判斷沒有電池剩餘量。
這裡應當注意的是，雖然圖中未顯示，但判斷沒有電池剩餘量，還符合雖然最終輸入電壓VBAT達到了第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)，但從第3閾值電壓Vth3(例如2.4V)上升到第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)，花費了比上述延遲時間(例如1微秒)更多的時間的情況。因此，為了不會發生儘管電池的剩餘量沒有達到使用限度，但仍被判斷為沒有剩餘量這種現象，需要事先考慮到電池3與電阻4、5的寄生電容等，需要預先將上述延遲時間決定的比電池剩餘量適量的情況下從實際的第3閾值電壓Vth3(例如2.4V)上升到第2閾值電壓Vth2(例如2.5V)所需要的時間大。
如上所述，本發明的實施方式的電壓檢測電路2以及使用它的電池裝置1，設置比第1與第2閾值電壓Vth1、Vth2低的第3閾值電壓Vth3，在輸入電壓VBAT上升時，如果達到第3閾值電壓Vth3，閾值電壓強制設定電路8便將輸入電壓比較電路7設為第2閾值電壓Vth2，因此即使在電池稍有剩餘量，將電池暫時取出後又再次裝上的情況下，也能夠防止變為沒有電池剩餘量的狀態，電池搭載機器無法起動的這種現象。這樣，電壓檢測電路2與使用它的電池裝置1，在被組裝在電池搭載機器的情況下，能夠可靠地將該電池使用到使用限度，實質性延長電池的可使用時間。
另外，本發明並不僅限於上述實施方式，還能夠在權利要求的範圍所記載的事項的範圍內，進行各種各樣的設計變更。
權利要求
1.一種電壓檢測電路，其特徵在於，具有輸入電壓比較電路，其對應於將第1閾值電壓或比其低的第2閾值電壓與輸入電壓進行比較的輸出，控制輸出開關元件的導通截止，並且在輸入電壓從低電壓變化為高電壓並與第1閾值電壓相交叉時，選擇第2閾值電壓，在輸入電壓從高電壓變為低電壓並與第2閾值電壓相交叉時，選擇第1閾值電壓；以及閾值電壓強制設定電路，其將低於第2閾值電壓的第3閾值電壓與輸入電壓進行比較，在輸入電壓從低電壓變化為高電壓並與第3閾值電壓相交叉時，輸出脈衝，使得從此時開始的給定的期間內，在輸入電壓比較電路中強制地選擇第2閾值電壓，在輸入電壓上升時，在輸入電壓比較電路中將第2閾值電壓與輸入電壓進行比較。
2.如權利要求1所述的電壓檢測電路，其特徵在於，閾值電壓強制設定電路，在輸入電壓從低電壓變化為高電壓並與第3閾值電壓相交叉時，選擇比第3閾值電壓低的第4閾值電壓，在輸入電壓從高電壓變為低電壓並與第4閾值電壓相交叉時，選擇第3閾值電壓。
3.一種電池裝置，其特徵在於，具有如權利要求1或2所述的電壓檢測電路；生成其輸入電壓並且一端接地的串聯連接的電阻；以及與其另一端相連接的電池。
全文摘要
本發明提供一種在安裝在電池搭載機器中的情況下，能夠可靠地將該電池使用到使用限度的電壓檢測電路以及使用它的電池裝置。構成電池裝置(1)的電壓檢測電路(2)具有輸入電壓比較電路(7)，其將第1閾值電壓或比其低的第2閾值電壓與輸入電壓V
文檔編號G01R19/165GK1922497SQ20058000574
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月15日 優先權日2004年2月23日
發明者大平正則 申請人:羅姆股份有限公司