电池组电压采集电路及电压采集方法

技术领域

本发明涉及电压采集技术领域，具体来说是一种电池组电压采集电路及电压采集方法。

背景技术

自从电子产品问世以来，电池作为电子产品的电源一直扮演着极其重要的角色。电池主要分为一次电池和二次电池。其中，一次电池不可充电，例如干电池等；二次电池又叫可充电电池，是电子产品理想的电源。随着便携式电子设备以及各种电动车辆的普及，可充电电池变得越来越重要。

现今多种电子装置，如手提计算机、手提电话、电动车辆以及其它电子装置多采用串联的多节单体电池以满足电流、电压要求。电池充电和放电过程中单个电池的过度充电和过度放电将导致电池组的性能和寿命降低。所以为了确保电池的安全与寿命，人们渐渐将保护电路发展为充电电池的必备配件，而其中对电池电压的采集尤为重要。一些传统的电压比较器需要对电压进行微调，例如，如果第一端子上的电压为V1，第二端子上的电压为V2，则第一端子和第二段子之间的电压V12可用V12=V1-V2表示。为了检查电池电压条件，例如出现过压或欠压的情况，需要将电压V12与一个或多个参考电压进行比较，而参考电压可能需要相对于一个等于V1或者V2的参考水平。除此之外，参考水平可能需要根据不同的需求调整，则需要大量的参考电压调整的过程。在一些传统的电池保护控制器中有多个电池串联，所有电池电压都可能需要与一个或多个参考电压进行比较。这种电池保护控制器需要大量的微调过程，会增加成本、功耗及电路面积。

传统的电压采集电路如图1所示，传统的电压采集电路100包括充电电池101-1～101-N，电压电流转换器模块112-1～112-N，电阻105-1～105-N，其中电压电流转换器模块112-1～112-N分别包括电阻102-1～102-N，运算放大器103-1～103-N，PMOS管104-1～104-N。具体的，电池101-1～101-N的一端分别与电阻102-1～102-N相连，电池101-1～101-N的另一端分别与运算放大器103-1～103-N的正相输入端相连，运算放大器103-1～103-N的反相输入端分别与电阻102-1-102-N的另一端相连并分别接至PMOS管104-1～104-N的源极形成负反馈，PMOS管104-1～104-N的栅极分别接至运算放大器103-1～103-N的输出端，PMOS管104-1～104-N的漏极分别与电阻105-1～105-N的一端相连并分别输出采样信号V102-1～V102-N，电阻105-1～105-N的另一端接地。

该电路工作过程如下：在电流电压转换器112-1中，运算放大器103-1和PMOS管104-1相连构成负反馈环路，通过负反馈调节使运算放大器正相输入端与反相输入端电压相等，即V+=V-，根据虚短，流过电阻102-1的电流I102-1通过PMOS管104-1流到电阻105-1，电流值I102-1为I102-1=V102-1/R102-1，若电阻105-1的电阻值与电阻102-1的电阻值相等，则电阻105-1两端的电压V102-1与电池101-1的电压值相等从而完成电池电压的采集。

以上仅以采集一个电池电压为例介绍现有的电压采集电路工作过程，基于上述原理，以此类推，当有N个电池时，使用N个电压电流转换器112-1~112-i，2≤i≤N，N个电阻102-1~102-i，2≤i≤N，N个电阻105-1~105-i，2≤i≤N，即可实现N个电池电压的采集。

而当有N个电池时，每一级负反馈环路都会产生失调电压，需要对每一级失调电压进行补偿，且由于每一级都有一个运算放大器，都需要通过采样电阻来采样电流并转化为电压信号，将会导致电路面积大，功耗大。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种电池组电压采集电路及电压采集方法，更便捷地实现电池组电压采集。

为了实现上述目的，设计一种电池组电压采集电路，所述的电池组包括至少两个依次串联的电池，所述的电池组电压采集电路包括跨导放大器，所述的跨导放大器包括两个电压输入端和一个电压输出端，所述的电压输出端连接有一电阻，所述的至少两个依次串联的电池的两端分别连接一开关后连接至所述的跨导放大器的两个电压输入端。

优选地，所述的跨导放大器的两个电压输入端分别连接一电阻后连接至第一PMOS管的源极和第二PMOS管的栅极，两个第一PMOS管的漏极相连后连接至电压输出端，两个第二PMOS管的漏极分别连接至第一电流镜电路的一个漏极和第二电流镜电路的一个漏极，第一电流镜电路的另一个漏极和第二电流镜电路的另一个漏极分别连接至第三电流镜电路的两个漏极以及相对应的第一PMOS管的栅极，并且第一电流镜电路的另一个漏极还连接至第一开关的一端，第二电流镜电路的另一个漏极还连接至第二开关的一端，第一开关的另一端和第二开关的另一端相连后连接至第三电流镜电路的栅极。

优选地，所述的第一电流镜电路和第二电流镜电路分别包括两个栅端相连的NMOS管。

优选地，所述的第三电流镜电路包括两个栅端相连的PMOS管。

优选地，所述的第三电流镜电路的源极接电源VCC端，所述的第一电流镜电路和第二电流镜电路的源极接地。

优选地，所述的两个第一PMOS管的栅端还分别连接一电容后连接至电源VCC端。

优选地，所述的跨导放大器包括电容303-1和电容303-2、电阻301-1和电阻301-2、PMOS管302-1～302-6、NMOS管304-1～304-4、开关305-1和开关305-2，其中，电容303-1的一端与PMOS管302-1的源极和PMOS管302-2的源极以及电容303-2的一端相连并连接至电源VCC，电容303-1的另一端与PMOS管302-1的漏极和PMOS管302-6的栅极相连，PMOS管302-1的栅极连接至PMOS管302-2的栅极并分别接至开关305-1和开关305-2的一端，PMOS管302-1的漏极与开关305-1的另一端相连并连接至NMOS管304-1的漏极，开关305-1与开关305-2串联，PMOS管302-2的漏极和开关305-2以及NMOS管304-4的漏极相连并连接至电容303-2的另一端和PMOS管302-5的栅极，PMOS管302-3的栅极连接至PMOS管302-5的源极，PMOS管302-3的源极与PMOS管302-4的源极相连并连接至电流源306的一端，PMOS管302-3的漏极与NMOS管304-2的漏极相连，NMOS管304-1的栅极与NMOS管304-2的栅极相连并连接至NMOS管304-2的漏极，NMOS管304-1的源极与NMOS管304-2、NMOS管304-2、NMOS管304-3和NMOS管304-4的源极相连并接VSS，PMOS管302-4的栅极与PMOS管302-6的源极相连，PMOS管302-4的漏极与NMOS管304-3的漏极相连，NMOS管304-3的栅极与NMOS管304-4的栅极相连并连接至NMOS管304-3的漏极，PMOS管302-5的源极与电阻301-1的一端相连，电阻301-1的另一端接跨导放大器203的输入端，PMOS管302-5的漏极作为跨导放大器203的输出端输出，PMOS管302-6的漏极与PMOS管302-5的漏极相连，PMOS管302-6的源极与电阻301-2的一端相连，电阻301-2的另一端作为跨导放大器203的另一个输入端。

优选地，所述的电阻301-1、电阻301-2和所述的电压输出端连接的电阻的阻值相等。

本发明还涉及一种电池组的电压采集方法，所述的电压采集方法采用所述的电池组电压采集电路进行电压采集。

优选地，进行电压采集时，依次闭合每个电池两端的开关，并且对于第奇数个电池，还同时闭合第一开关；对于第偶数个电池，还同时闭合第二开关，以进行电压的采集。

发明的有益效果

本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，其优点在于：所述的电池组电压采集电路及电压采集方法减小了模块内部的支路数量，采用一个跨导放大器进行电池电压的采集来降低功耗，用一个端口实现输出，只产生一级失调电压，即可实现多个电池的电压采集，能达到成本低、功耗低、面积小的要求，并更精准地实现电池组中各电池电压的采集。

附图说明

图1是传统电池电压采集电路的示意图。

图2示例性示出了本发明的一个实施例中的电池电压采集电路的示意图。

图2-1示例性示出了本发明的一个实施例中的跨导放大器的内部电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种电路及方法的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种电池组电压采集电路，所述的电池组包括至少两个依次串联的电池，所述的电池组电压采集电路包括跨导放大器，所述的跨导放大器包括两个电压输入端和一个电压输出端，所述的电压输出端连接有一电阻，所述的至少两个依次串联的电池的两端分别连接一开关后连接至所述的跨导放大器的两个电压输入端。

其中，所述的跨导放大器的两个电压输入端分别连接一电阻后连接至第一PMOS管的源极和第二PMOS管的栅极，两个第一PMOS管的漏极相连后连接至电压输出端，两个第二PMOS管的漏极分别连接至第一电流镜电路的一个漏极和第二电流镜电路的一个漏极，第一电流镜电路的另一个漏极和第二电流镜电路的另一个漏极分别连接至第三电流镜电路的两个漏极以及相对应的第一PMOS管的栅极，并且第一电流镜电路的另一个漏极还连接至第一开关的一端，第二电流镜电路的另一个漏极还连接至第二开关的一端，第一开关的另一端和第二开关的另一端相连后连接至第三电流镜电路的栅极。

在使用时，依次闭合每个电池两端的开关，并且对于第奇数个电池，还同时闭合第一开关；对于第偶数个电池，还同时闭合第二开关，以实现电压的采集。

以下，结合附图和具体的实施例对本发明的结构和方法进行示例说明。

实施例一

本实施例提供了一种电池电压采集电路200。参考图2所示，所述的电池电压采集电路200包括电池201-1～201-N、开关202-1～202-N+1、跨导放大器203和电阻204。具体地，电池201-1～201-N依次串联，电池201-1～201-i(1≤i≤N)的一端接开关202-i（i=1，3，5，···，N），电池201-1～201-i(1≤i≤N)的另一端接开关202-i（i=2，4，6，···，N+1），开关202-i（i=1，3，5，···，N）接至跨导放大器203的V

作为实施例的一种具体方案，如图2-1所示，所述的跨导放大器203包括电容303-1和电容303-2、电阻301-1和电阻301-2、PMOS管302-1～302-6，NMOS管304-1～304-4、开关305-1和开关305-2、电流源306。其中，PMOS管302-5和PMOS管302-6为所述的第一PMOS管，PMOS管302-3和PMOS管302-4为所述的第二PMOS管，NMOS管304-1和NMOS管304-2组成第一电流镜电路，NMOS管304-3和NMOS管304-4组成第二电流镜电路，PMOS管302-1和PMOS管302-2组成第三电流镜电路，开关305-1为所述的第一开关，开关305-2为所述的第二开关。

具体地，VCC表示电源正极，VSS表示电源负极，电容303-1的一端与PMOS管302-1的源极和PMOS管302-2的源极以及电容303-2的一端相连并连接至电源VCC，电容303-1的另一端与PMOS管302-1的漏极和PMOS管302-6的栅极相连，PMOS管302-1的栅极连接至PMOS管302-2的栅极并分别接至开关305-1和开关305-2的一端，PMOS管302-1的漏极与开关305-1的另一端相连并连接至NMOS管304-1的漏极，开关305-1与开关305-2串联，PMOS管302-2的漏极和开关305-2以及NMOS管304-4的漏极相连并连接至电容303-2的另一端和PMOS管302-5的栅极，PMOS管302-3的栅极连接至PMOS管302-5的源极，PMOS管302-3的源极与PMOS管302-4的源极相连并连接至电流源306的一端，PMOS管302-3的漏极与NMOS管304-2的漏极相连，NMOS管304-1的栅极与NMOS管304-2的栅极相连并连接至NMOS管304-2的漏极，NMOS管304-1的源极与NMOS管304-2、NMOS管304-2、NMOS管304-3和NMOS管304-4的源极相连并接VSS，PMOS管302-4的栅极与PMOS管302-6的源极相连，PMOS管302-4的漏极与NMOS管304-3的漏极相连，NMOS管304-3的栅极与NMOS管304-4的栅极相连并连接至NMOS管304-3的漏极，PMOS管302-5的源极与电阻301-1的一端相连，电阻301-1的另一端接跨导放大器203的输入端，PMOS管302-5的漏极作为跨导放大器203的输出端输出，PMOS管302-6的漏极与PMOS管302-5的漏极相连，PMOS管302-6的源极与电阻301-2的一端相连，电阻301-2的另一端作为跨导放大器203的另一个输入端。特别地，VCC表示电源正极，VSS表示电源负极。

实施例二

进一步地，在本实施例中，以实施例一中示出的电池电压采集电路为例，对所述的电池电压采集方法进行示例说明，具体地，本实施例的工作过程如下。

如图2所示，当开关202-1与开关202-2闭合时，采集电池201-1的电压，当开关202-2与开关202-3闭合时，采集电池201-2的电压，…，当开关202-N与开关202-N+1闭合时，采集电池201-N的电压。

以采集电池201-1的电压为例，当开关202-1与开关202-2闭合时，参考图2-1所示，电池正极接入跨导放大器203的V

再以采集电池201-2的电压为例，当开关202-2与开关202-3闭合时，参考图2-1所示，电池201-2的正极接入跨导放大器203的V

以上仅以采集两个电池电压为例介绍本发明的电压采集电路的工作过程，基于上述原理，依此类推，有N+1个开关202-1～202-N+1、一个跨导放大器203和一个电阻204，即可实现N个电池的电压采集。其中“i＂表示器件的编号，“N”表示器件的数量，其均为自然数，且取值范围均为1≤i≤N。