专利名称：指示电池组电压到达给定值的电压指示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压指示器，用来以一个指示信号指示电池组电压到达给定值，它包括一个电池端，用来与电池组相连接，一个基准电压源，用来提供一个基准电压，和一个比较器，用来将基准电压与一个电池组端电压相比较，该比较器有一个与基准电压源相连的第一输入端，一个与电池组终端相连的第二输入端，和一个响应于比较结果提供指示信号的输出端。
这种电压指示器可从美国专利No．5，705，913，特别其中的图2了解到，它可指示是否可再充电池快用完。为此，已知电压指示器的比较器将一部分电池组电压与基准电压相比较，并当电池组电压到达基准电压时，比较器输出电压改变到另一极值。在开发具有可充电电池组的电气和电子设备过程中，其可充电电池组的类型和电池的数目不是预定的。电池将尽的电平因诸如镍镉电池，镍金属氢化物电池等的电池类型不同而异。而且，此种电压的电平随电池组配而变。此外，有的设备使用一个，两个或多个串联的可充电电池。
本发明的目的是为了提供一种电压指示器，利用这种电压指示器，表示具有一个电池或多个串联的电池的电池组接近耗竭状态的电压电平可借助两个电阻器予以调节。为此，在本文开头段所述的类型电压指示器其特征在于该电压指示器还包括用来提供另一基准电压的另一基准电压源；一个第一电阻器；一个连接在电池端和比较器的第二输入端的第二电阻器；电压-电流变换器，具有用来分别提供第一电流和第二电流的一个第一电流输出端和一个第二电流输出端，该电流强度正比于另一基准电压而反比于第一电阻值，第二电流输出端与比较器的第二输入端相连；与第一电流输出端相连的装置，用来根据第一电流提供转换信号；和用来根据开关信号在至少两个不同的值之间转换来自首次提到的基准电压源的基准电压的装置。
该第一电阻确定了串联的电池数，例如，一个或两个。为此，电压-电流变换器的第一电流与一个门限值相比较。一旦到达门限值，与电池组电压相比较的基准电压被改变到一个所述基准电压的倍数的值，该倍数相应于电池组电池数。电压-电流变换器的第二电流流过与比较器的第二输入端相串联的第二电阻，比较器与电池组相连。于是，一个校正电压被加到电池组电压上，以便使接近耗竭的指示值能适应于电池的类型，该校正电压是通过适当选择第二电阻值调整的。如果电压指示器，特别是该指示器的基准电压源，做成积分电路时，本发明的电压指示器提供了用两个外接电阻以使能确定临耗竭指示电压的可能性。
如果只在一个具有一个电池和两个串联的电池的电池组之间作选择的话，则具有如权利要求3所限定的特征的电压指示器将是合适的。根据第一电阻值，另一比较器的输出信号为两个值中任何一个。对一个值，基准电压被转换点一个相应于单个电池的基准值，对另一个值，基准电压被转换到相应于两个串联电池的双倍基准值。也可以从一个全基准电压转换到半基准电压。
如果要在三个或三个以上串联电池之间进行区分的话，则电压-电流变换器的第一电流与多个门限值进行比较，而基准电压则在三个或三个以上的值之间转换，这些值是相互成倍数关系。
可根据转换信号利用一个选择器从多个基准电压中选择基准电压来转换基准电压。也可以利用具有可转换分压因子的分压器将基准电压衰减两三个以上的倍数来转换基准电压。
确定校准电压的第二电阻器还具有与电容器组合起平滑滤波器的作用，以滤除要测的电池组电压的波纹电压。
本发明可用于具有可再充电池组或具有非可再充电(原)电池的设备中，该设备要求有指示或显示电池组接近用尽。电压指示器可以启动一个视觉或声信号来警告用户电池组快用完。电压指示器也可以做成一个复杂电池组管理系统的一部分，用来控制和监视充放电过程，并且，例如，当电池组快耗尽时禁止电池组放电。这种类型的设备的例子在个人生活用品领域有诸如剃须刀和牙刷，在电信领域有诸如手提电话，膝上计算机和手提无线电视听设备。
本发明将参照附图作详细描述
图1示出了本发明的电压指示器；和图2示出了本发明具有一个再充电电池组和电压指示器的方框图。
图1示出了本发明的电压指示器的实施例，它提供一个指示信号IS作为一个可再充电组的电压到达一个给定值的指示。再可充电电池组2有一个正端与一个电池组端点4相连，端点4又通过具有阻值R2的电阻6与比较器10的一个端点8相连。由所述比较器的输出提供指示信号IS。电池组2的负端与地相连。一个选配的电容器12连接在输入端8和地之间。比较器10的另一输入端14与基准电压源16A和16B之一相连，基准电压源分别提供基准电压Uref1A和Uref1B。在另一比较器22的输出端20供给的转换信号的控制下由选择器18选择基准电压。电压指示器还包括一个电压-电流变换器24，它将基准电压Uref2从另一基准电压源26变换到分别由第一电流输出端28和第二电流输出端30提供的第一电流I1和第二电流I2。电压-电流变换器的变换因子由值为R1的电阻32确定，该电阻连接在地和变换器24的连接端34之间。第一晶体管36的主电流通路连接在第一电流输出端28和连接端34之间，而第二晶体管38的主电流通路连接在第二电流输出端30与连接端34之间。本例中采用的是单极(MOS)晶体管但也可用双极晶体管。晶体管36和38的控制极，本例为栅极，与差分放大器42的输出端40相连，放大器的反相输入端44与连接端34相连而其非反相输入端46与另一的基准电压源26相连。在第一电流端28和电流源48之间的节点与另一比较器22的一个输入端50相连，而比较器的另一个输入端则与偏压源54相连。晶体管36和38的尺寸(W／L)比例为1∶9，但其他的比例也是可以的。这样，电流I1和I2之比也为1∶9。电流I1和I2之和流经32。在差分放大器42的适当的增益情况下，电阻32上的电压降基本上等于来自另一电压源26的基准电压Vref2。电流I1于是等于0．1*Uref2／R1，电流I2等于0．9*Uref2／R1。如果电流I1比电流I2大，换句话说，如果电阻32的阻值R1小于0．1*Uref2／R1，在另一比较器22的输入端50和52之间的电压差的符号被反相，这样，在输出端20的转换信号为另一值。于是，基准电压从基准电压源16A的值Uref1A转换到基准电压源16B的值Uref1B。值Uref1B，例如，是两倍的值Uref1A。于是，比较器10输入端14上的基准电压乘以二。另外也可以使用一个单个基准电压源16利用分压器56，58把基准电压除以二，该分压器在转换信号的命令下利用转换晶体管60进行转换。
比较器10的一个输入端14的基准电压与在其他输入端8的电池组电压相比较。该电流12通过电阻6从电池组2流到第二电流端30，并在电阻6上产生一个等于I2*R2的电压降。该电压降可被用于将比较器的转换点设定。当电池电压Ubat=K*Uref1A+0．9*Uref2(R2／R1)时，到达比较器的转换点。其中K是基准电压Uref1B和Uref1A之比。利用R1使电压指示器适合于工作于一个或两个电池串联的情况，利用R2，比较器10的转换点精确地设定到正确值。
利用所示的电路就可能从比例为1∶2的两个基准电压中进行选择，使能在具有一个电池或两个串联电池的电池组之间作出区分。然而，通过将电流I1与多个门限值相比较也可区别具有三或四个电池的电池组。这要求具有步进基准电压的三个基准电压源。另外，也可使用单个基准电压源，当电流I1与所述多个门限值相比较时，将其基准电压除以三或三以上。
电容器12和电阻6用作为滤波器，用以滤除在电池组2上的电压上的可能的波纹电压，这样电压指示可少受假信号的影响。基准电压源16A和16B例如分别采用一倍或两倍1080毫伏的带隙基准电压。结合在电阻6上的电压降，可获得在1110毫伏到1180毫伏范围内的指示信号IS，而镍镉和镍氢电池组的临耗竭电压就在该范围内。
采用一个在两个或更多电池的电池组的临耗尽指示电压附近的精确基准电压并在所述精确电压上加上一个比较小而精确度差的电压还获得一个不比基准电压源精度低多少的总精度。电阻6上的压降是低精度电压，如可从上述式子看到，该电压精度是由电阻值R1和R2的允差，在电流I1和I2之间的允差和基准电压Uref2的基准电压的允差决定的。1％电阻外部误差，晶体管T1和T2的2．3％精度的尺度定标因子和基准电压Uref2d 1％的精度产生了一个近似5％的电阻6压降的精度。电压精度为5％的近似100毫伏的电阻6的压降和精度为1％的1080毫伏基准电压会产生近似1．5％的总精度。于是，借助精确的基准电压源，本发明的电压指示器就有可能利用两个外部电阻来确定临耗尽指示电压而不会减少总的精度。
图2示出了在具有一个可再充电电池组的剃须刀中的电压指示器的应用。该剃须刀的可再充电电池组是用电池充电器BCH来充电的。电池组2给电机M提供动力，以驱动剃须机构。电机M可利用开关SW来接通和关断。图1的电压指示器，这里用BVI标识，与电池组2相连。来自电压指示器BVI的指示信号IS被加到电池组管理系统BMS，以控制和监视电池组2的充放电过程，和例如当电池组临近耗竭时禁止再放电电池组。电池管理系统MBS又驱动DSP，给出一个可视的，如果需要，也可给出一个声响的指示电池组2临近耗竭。
显而易见，所述电压指示器不仅可用于可再充电电池组而且也可用于原电池组。
权利要求
1．一种提供用来指示电池组(2)的电压到达给定值的指示信号(IS)的电压指示器，包括一个用来连接电池组(2)的电池组端点(4)，一个用来提供一个基准电压的基准电压源(16A，16B)，和一个用来将基准电压与在电池组端点(4)上的电压相比较的比较器，该比较器具有一个与基准电压源(16)相连的第一输入端(14)，一个与所述电池组端点(4)相连的第二输入端，和一个用来根据比较结果提供指示信号(IS)的输出端，其特征在于所述电压指示器还包括一个用来提供另一基准电压的另一基准电压源(26)；一个第一电阻(32)；一个连接在电池组端点(4)和比较器(10)的第二输入端(8)之间的第二电阻(6)；一个具有用来分别提供第一电流和第二电流的一个第一电流输出端(28)和第二电流输出端(30)的电压-电流变换器(24)，该电流的电流强度正比于另一基准电压和反比于第一电阻(32)的值，第二电流输出端(3)与比较器(10)的第二输入端(8)相连；与第一电流输出端(28)相连的装置(48，22)，用来根据第一电流提供一个转换信号；和用来根据转换信号在至少两个不同值之间的所述的基准电压源(16A，16B)之间转换基准电压的装置(18)。
2．如权利要求1所述的电压指示器，其特征在于电压-电流变换器(24)包括一个用来连接第一电阻(32)的连接端点(34)；一个具有一个控制电极和连接在连接端点(34)和第一电流输出端(28)之间的主电流通路的第一晶体管(36)；一个具有一个控制极和一个连接在连接端点(34)与第二电流输出端(30)之间的主电流通路的第二晶体管(38)；和一个差分放大器(42)，具有一个被连接去接收另一基准电压的非反相输出端(46)，具有一个与连接端点(34)相连的反相输入端(44)，和具有一个被连接去驱动第一晶体管(36)的控制极和第二晶体管(38)的控制极的输出端(40)。
3．如权利要求1或2的电压指示器，其特征在于用来比较第一电流强度的装置包括一个连接到第一电流输出端(28)的负荷(48)；和另一比较器(22)，它有一个连接到第一电流输出端(28)的第一输入端(50)和一个被连接去接收偏压(54)的第二输入端(52)，和具有一个提供转换信号的输出端(20)。
4．如权利要求1，2或3的电压指示器，其特征在于用来转换所述的基准电压源的基准电压的装置包括多个基准电压源(16A，16B)和一个用来根据转换信号从多个基准电压源(16A，16B)选择基准电压源的选择器(18)。
5．如权利要求1，2或3所述的电压指示器，其特征在于用来转换转换所述的基准电压源的基准电压包括一个连接到所述的基准电压源的电压分压器(56，58)，用来用根据转换信号设定(60)的分压因子来分压基准电压。
6．如权利要求1，2，3，4或5的电压指示器，还具有一个连接到第二输入端(8)的电容器(12)。
7．一个电动剃须刀，包括一个可再充电电池组(B)，一个电机(M)，一个用来将电机(M)连接到电池组(B)的开关(SW)，和一个如上任一权利要求所述的电压指示器(BVI)，用来驱动一个指示装置(DSP)来指示一个电池组(2)的预定的充电状态。
全文摘要
比较器(10)将电池组(2)的电压与一个可转换的基准电压(Uref1A,Uref1B,18)相比较,并当电池组电压到达基准电压时提供一个信号(IS)。利用第一电阻(32)确定基准电压的转换点。利用第一电阻来将电池组的数目设定到一个或两个。一个第二电阻(6)与电池组(2)相连使能获得一个附加电压来对不同类型的电池组电池校准基准电压。
文档编号H01M10/48GK1294683SQ99804265
公开日2001年5月9日 申请日期1999年12月24日 优先权日1999年1月22日
发明者J·R·德贝尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司