电池电压检测电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电池电压检测电路。

背景技术：

可充电电池在电池充电或放电时，由于电池内阻的存在，测量到的电池电压与其真实电压有偏差，偏差的大小与电池内阻和电池电流相关。

如图1所示，电池模型由等效电池的电容和电池内阻串联而成，在电池开路情况下，没有充电或放电，测量到的电压Vbat等于实际电池电压Vopen，在电池充电或放电过程中，电流Ibat(以充电时电流方向为正向，放电时电流方向为负向)经过内阻Rbat产生压降Ibat*Rbat，测到的电压为Vbat＝Vopen±Ibat*Rbat，也就是说：充电时测量到的电压比实际电池电压大，放电时测量到的电压比实际电池电压小，充电或放电电流越大，测量到的电压与实际电池电压偏差也越大，影响对电池状态的判断。

可充电电池在蓄电状态时，充电电压Charger input经过降压电路对电池充电(Charger input>Vbat)，在放电状态时，电池经过升压电路输出的升压电压Boost out对外供电(Boost out>Vbat)。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的电池电压测量值与实际值有偏差的问题，提供一种电池电压检测电路。本实用新型由以下技术方案实现：

一种电池电压检测电路，包括电流检测电阻Rsense，放大比例电阻R1和R2，电压补偿电阻Rcomp、运算放大器及补偿电流控制模块；检测电阻Rsense一端连接电池的充放电端，另一端连接电压补偿电阻Rcomp的一端，电压补偿电阻Rcomp的另一端连接补偿电流控制模块的补偿端；放大比例电阻R1的一端连接于电流检测电阻Rsense和电压补偿电阻Rcomp的节点，另一端连接运算放大器的一个输入端；放大比例电阻R2的一端连接于连接电池的充放电端，另一端连接运算放大器的另一个输入端；运算放大器的输出端连接补偿电流控制模块的控制端，补偿电流控制模块的取样端从放大比例电阻R1处、或放大比例电阻R2处、或放大比例电阻R1及电阻R2处采集电流，生成相应大小的补偿电流，补偿电流控制模块根据充放电不同模式控制补偿电流的方向后提供至所述补偿端。

作为具体的技术方案，所述补偿电流控制模块包括：PMOS管PM1、PM2、PM3，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，充电时闭合的开关S2，放电时闭合的开关S1、S3；PM1的G极连接运算放大器的输出端，S极连接放大比例电阻R1的所述另一端，D极经开关S2连接NM1的D极、NM1的G极及NM2的G极；NM1的S极连接NM2的S极及地，NM2的D极连接PM2的D极且两者节点作为所述补偿端；PM2的G极连接PM3的G极和D极，S极连接PM3的S极；NM3的D极经开关S1连接放大比例电阻R2的所述另一端，G极连接NM4的G极及运算放大器的输出端，S极连接NM4的S极及地；NM4的D极经开关S3连接PM3的D极。

作为具体的技术方案，所述补偿电流控制模块包括：PMOS管PM1、PM2、PM3、PM4，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，充电时闭合的开关S2、S4，放电时闭合的开关S1、S3；PM1的G极、PM2的G极均连接运算放大器的输出端，PM1的S极连接PM2的S极；PM1的D极经开关S2连接放大比例电阻R2的所述另一端，PM2的D极经开关S4连接NM1的D极、NM1的G极及NM2的G极；NM1的S极连接NM2的S极及地，NM2的D极连接PM3的D极且两者节点作为所述补偿端；PM3的G极连接PM4的G极和D极，S极连接PM4的S极；NM3的D极经开关S1连接放大比例电阻R2的所述另一端，G极连接NM4的G极及运算放大器的输出端，S极连接NM4的S极及地；NM4的D极经开关S3连接PM4的D极。

作为具体的技术方案，所述补偿电流控制模块包括：PMOS管PM1、PM2，NMOS管NM1、NM2，充电时闭合的开关S2、S4，放电时闭合的开关S1、S3；PM1的G极、PM2的G极均连接运算放大器的输出端，PM1的S极连接PM2的S极；PM1的D极经开关S1连接放大比例电阻R1的所述另一端，PM2的D极经开关S3、开关S4连接NM2的D极，开关S3和开关S4的节点作为所述补偿端；NM1的G极和NM2的G极连接运算放大器的输出端，NM1的S极连接NM2的S极及地，NM1的D极经开关S2连接放大比例电阻R1的所述另一端。

本实用新型提出的方案，将电池电流在电池内阻上产生的电压差进行补偿，能有效的减小电池电压测量值与实际值之间的偏差，提高电池电压检测精度。

【附图说明】

图1为现有技术最基本的电池电压测量电路原理图。

图2为本实用新型提供的电池电压检测电路的构成框图。

图3为本实用新型实施例一提供的电池电压检测电路的电路原理图。

图4为本实用新型实施例二提供的电池电压检测电路的电路原理图。

图5为本实用新型实施例三提供的电池电压检测电路的电路原理图。

【具体实施方式】

如图2所示，本实施例提供的电池电压检测电路，包括电流检测电阻Rsense，放大比例电阻R1和R2，电压补偿电阻Rcomp、运算放大器及补偿电流控制模块。检测电阻Rsense一端连接电池的充放电端，另一端连接电压补偿电阻Rcomp的一端，电压补偿电阻Rcomp的另一端连接补偿电流控制模块的补偿端；放大比例电阻R1的一端连接于电流检测电阻Rsense和电压补偿电阻Rcomp的节点，另一端连接运算放大器的一个输入端；放大比例电阻R2的一端连接于连接电池的充放电端，另一端连接运算放大器的另一个输入端；运算放大器的输出端连接补偿电流控制模块的控制端，补偿电流控制模块的取样端从放大比例电阻R1处、或放大比例电阻R2处、或放大比例电阻R1及电阻R2处采集电流，补偿电流控制模块根据充放电不同模式控制电流的方向后提供至所述补偿端。

其中，补偿电流控制模块由补偿电流控制管和电流镜实现，具体实现方式有多种，以下结合附图3至5及不同的实施例进行详细说明。

实施例一：

如图3所示，本实施例提供电池电压检测电路，包括电流检测电阻Rsense，放大比例电阻R1和R2，电压补偿电阻Rcomp、运算放大器及补偿电流控制模块。其中补偿电流控制模块包括PMOS管PM1、PM2、PM3，NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，充电时闭合的开关S2，放电时闭合的开关S1、S3。一般地，Rcomp>>Rsense，Ibat>>Icomp(其中Icomp为补偿电流，以Vcomp到地的电流方向为负向，Vcomp流向电池方向为正向)。

在充电过程中，Ibat流入电池，为正向，Vsense>Vbat，此时S2闭合，S1、S3断开，I2＝0，Vp＝Vbat，运算放大器通过控制PM1，电流I1向下拉，将Vm控制到跟Vp相等，I1*R1＝Ibat*Rsense，NM3，NM4，PM2，PM3无电流，I1经过PM1后，由NM1和NM2控制(相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜)，Icomp＝I1，方向为负向，此时：

Vcomp＝Vsense-Rcomp*Icomp＝Vopen+Ibat*(Rbat+Rsense)-Rcomp*Ibat*Rsense/R1，当取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R1/Rsense时，Vcomp＝Vopen，由此实现电池电压检测补偿。

在放电过程中，Ibat从电池流出，为负向，Vsense<Vbat，此时S2断开、S1和S3闭合，I1＝0，Vm＝Vsense，理想运算放大器通过控制NM3，电流I2向下拉，将Vm控制到跟Vp相等，I2*R2＝Ibat*Rsense，PM1，NM1，NM2无电流，经过电流镜控制(NM3和NM4是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜，PM2和PM3是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜)，由于移动电源产品在电池对外放电时的状态为升压输出，Boost out电压>Vbat，补偿电流Icomp方向为正向，Icomp＝I2，此时：

Vcomp＝Vsense+Rcomp*Icomp＝Vopen-Ibat*(Rbat+Rsense)+Rcomp*Ibat*Rsense/R2，当取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R2/Rsense时，Vcomp＝Vopen，由此实现电池电压检测补偿。

综上两种情况的分析，充电时，前面描述的I1经过电流镜控制，最终由NM2提供补偿电流，实现Vcomp电压补偿。放电时，前面描述的I2经过电流镜控制，最终由PM2提供补偿电流，实现Vcomp电压补偿。可见，在充电和放电状态下，Vcomp处所测得的电压都与电池实际电压相等，达到了本实用新型的目的。

实施例二：

图4是第二实施例的电路原理图。与实施例一不同之处是：充放电放大比例电阻都用R2，电阻R1无电流经过，Vm＝Vsense。由此也需要对补偿电流控制管和电流镜做了一些变更。

充电时S2、S4闭合，S1、S3断开，此时由于Charger input比电池电压高，运算放大器控制Vm和Vp相等，通过PM1将电流I2注入到Vp端，并通过PM2和NM1、NM2将电流Icomp向下拉(NM1和NM2是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜，PM1和PM2是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜)，Icomp＝I2，方向为负向，此时：

Vcomp＝Vsense-Rcomp*Icomp＝Vopen+Ibat*(Rbat+Rsense)-Rcomp*Ibat*Rsense/R2，当取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R2/Rsense时，Vcomp＝Vopen，由此实现电池电压检测补偿。

放电时，S1、S3闭合，S2、S4断开，运算放大器控制Vm和Vp相等，将电流I2向下拉，并通过NM4和PM3、PM4将电流Icomp注入到Vcomp端(NM3和NM4是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜，PM3和PM4是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜)，Icomp＝I2，方向为正向，此时：

Vcomp＝Vsense+Rcomp*Icomp＝Vopen-Ibat*(Rbat+Rsense)+Rcomp*Ibat*Rsense/R2，当取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R2/Rsense时，Vcomp＝Vopen，由此实现电池电压检测补偿。

实施例三：

图5是第三实施例电路原理图。与实施例一、二不同之处是：充放电时的放大比例电阻都用R1，电阻R2上无电流经过，Vm＝Vbat。由此也需要交换运算放大器的正负端，并且对补偿电流控制管和电流镜做出一些变更。

充电时S1、S3断开，S2、S4闭合，运算放大器控制Vm和Vp相等，通过NM1将电流I1由Vp端向下拉，并通过NM2将电流Icomp向下拉(NM1和NM2是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜)，Icomp＝I1，方向为负向，此时：

Vcomp＝Vsense-Rcomp*Icomp＝Vopen+Ibat*(Rbat+Rsense)-Rcomp*Ibat*Rsense/R1，当取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R1/Rsense时，Vcomp＝Vopen，由此实现电池电压检测补偿。

放电时，S2、S4断开，S1、S3闭合，运算放大器控制Vm和Vp相等，通过PM1将电流I1注入到Vp端，并通过PM2将电流Icomp注入到Vcomp端(PM1和PM2是相同类型的管，尺寸相等，构成理想电流镜)，Icomp＝I1，方向为正向，此时：

Vcomp＝Vsense+Rcomp*Icomp＝Vopen-Ibat*(Rbat+Rsense)+Rcomp*Ibat*Rsense/R1，当取Rcomp＝(Rbat+Rsense)*R1/Rsense时，Vcomp＝Vopen，由此实现电池电压检测补偿。

上述实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，凡是依据本实用新型创新主旨且未经创造性劳动即可获得的等效技术特征替换及增减，均应属于本实用新型揭露的范围。