专利名称：电源的电压状态检测电路及方法
技术领域：
本发明有关于一检测电路，特别是一种电源的电压状态检测电路及方法，主要藉由检测电容放电时间的长短，进而判断所欲量测电源的电压值是否处于电压过低的状态。
电路装置的电源或是一电池的电容量状态，目前是否处于饱满状态的检测方法，为电学技术领域的一基本技术，尤其近年来，无线(wireless)电设备被广泛地利用及商品化，例如行动电话或无线键盘，对于电池的使用，成为必然提供电源的对象。当使用者利用电池作为无线电器设备的电源时，则检测电池的电量是否已用尽，为一重要的功能，藉以提醒使用者更换电池，所以电池的相关低电压检测电路，随之孕育而生。
目前，从国外进口的CMOS电源低电压检测器，所能检测的电压精确度为0.1v，其缺点为CMOS元件必须消耗1～2MA(3V)的电流，而价格昂贵，因此有待提出一成本低廉并易实施的技术。
相关的现有技术，如美国专利第5，838，173号的“系统中低电压的检测方法及装置”，其是藉由一振荡器9连接一低电压检测信号产生器19组成。其原理为振荡器可产生一脉冲数与电压源电压成比例的方波(rectangrlar waveform)，再藉由低电压检测信号产生器19中所使用的计数暂存器(counter register)29计数脉冲数目，当电压源Vcc越大时，则在一定时段内的脉冲数增加，频率亦随之增加，之后，藉由比较参考电压(reference value)的大小，即可得知目前电压源的电压。
前述现有低电压测电路专利案的缺点，主要是整体电路在不执行检测操作时，仍然有相当的电流被无谓地消耗掉。另外，该现有技术的电路运用连接方式，因元件使用增多，所以制作成本将会随之增加，有待加以改善。
本发明的主要目的在于提供一用以检测电源的电能是否耗尽的低电压检测电路，可量测电压过低的状态，而能以一较为简化的电路即可检测出电源的低电压状态，节省电路本身的成本。
本发明的另一目的在于提供一种耗电少的低电压检测电路，能够于电路不操作的状态时，不会消耗多余的电流，可节省电源。
为达到上述目的本发明采取如下措施本发明的技术特征，主要是藉由一电容的放电时间计算公式而推知，如下列所示公式(1)V(t)=Vbe-t/RC (1)其中Vb代表所量测的电池电源的电压，V(t)则是放电过程中电容的电压值，其中V(t)如果放电至一定电压Va时，其中电阻与电容皆为固定值，则放电过程所花的时间t如公式(2)所示 本发明利用上述原理，检测电池的电压值，例如在3.2V至2.7V左右时，能发出一信号藉以通知使用者，或为点亮一发光二极管LED，通知使用者该更换电源了。
本发明采取如下具体结构及方法本发明的电源的电压状态检测电路，其特征在于包括一切换控制模组；一充放电模组，其与切换控制模组相连接；一放电电压检测模组，其与充放电模组连接；一具有一计时器的控制模组，其分别与切换控制模组及充放电电压检测模组连接；控制模组输出一第一控制信号至切换控制模组，使充电模组执行充电步骤；于预定期间后，控制模组启动计时器并输出一第二控制信号至切换控制模组，使充放电模组开始执行放电步骤；当充放电模组放电至一第一预定电压时，放电电压检测模组输出一第一信号至控制模组，控制模组则停止计时器计时，并产生一计时结果；然后，以计时结果判定电源装置的电压状态。
本发明的电压状态检测方法，包括下列步骤(a)对一电容器充电，产生与待测电源相等的电压；(b)将电容器接地放电，同时启动一计时器；(c)当电容器放电至一第一预定电压时，停止计时；(d)比较计时器所示的计数值，当计时结果达到一预订值时，发出一信号。
附图简要说明
图1为现有技术的低电压检测方法与装置的电路图。
图2为本发明第一实施例的电路图。
图3为本发明第二实施例的电路图。
图4为本发明第二实施例中S2、L3接点以及一时脉信号的波形示意图。
图5为本发明第三实施例的电路方块图。
图6为本发明第四实施例的电路方块图。
结合附图及实施例对本发明的具体结构特征详细说明如下本发明的低电压检测电路，主要运用一电容器放电时间的量测，利用放电时间与电压值成一比例的关系，可得知所检测的电源是否为过低状态。
如图2所示，其为本发明实施例的电路图，其包括一电压检测电路10，为量测电源电压的主要检测电路，电压检测电路10包括一充放电模组12及一放电电压检测模组14，充放电模组12与一切换控制模组20相连接，充放电模组12并可在切换控制模组20的切换控制下，充电至电路本身电源相等的电位，或接地放电。放电电压检测模组14与充放电模组12相连接，当充放电模组12放电至第一预定电压时，则经由放电电压检测模组14中的L3点输出一高电压号。
放电电压检测模组14藉由一晶体管Q1连接电阻R3、R4，接点L2为接地点，而接点L4与充放电模组12相连接，接点L1与一电压源连接，此处以连接待测电源Vb例。充放电模组12中包括有一电容C1，电容C1连接至充放电电阻R2。
如图2所示，切换控制模组20包括有一切换控制电路22及一切换开关25，切换开关25藉由晶体管Q2、Q3串接而成，可进一步控制接点S2为充电状态或是接地状态。切换开关25的一端S1连接一待测电压Vb；另外，晶体管Q2与Q3的栅极连接切换控制电路22，藉以执行切换开关25的驱动操作，即晶体管Q2与Q3的切换动作是藉由切换控制电路22加以控制。其中充放电模组12的一端S2连接切换控制模组20中的切换开关25，切换开关25的一端S1，连接待测电压Vb，待测电压Vb的电压大小会影响充放电模组12的电容C1放电时间的长短，藉由计算该放电时间的长短，即可得知所检测电源的电压Vb是否过低。对于所述放电电压检测模组14的晶体管Q1，在本发明的实施例中，为一PNP型的双极性晶体管。
图2所示的切换控制模组的接点S4还连接有一控制模组30，控制模组30包括一计时器，其一端S4连接切换控制模组20，另一端L3连接放电电压检测模组14。
上述电源的低电压状态测电路装置执行下述控制步骤(a)控制模组30输出一第一控制信号至切换控制模组20，使充放电模组12开启晶体管Q2关闭Q3，使得电源Vb经由晶体管Q2对电容器C1充电；(b)于预定期间后，控制模组30启动计时器并输出一第二控制信号至切换控制模组20，使充放电模组12关闭晶体管Q2打开Q3，电容器C1开始执行放电步骤；(c)当充放电模组12放电到一第一预定电压时，放电电压检测模组14中的晶体管Q1开启，输出一第一信号至控制模组30，控制模组30则停止计时动作，并产生一计时结果；(d)将计时结果与预定的计数值比较；(e)重复上述(a)至(b)步骤，直到计时结果等于或小于预定计数值时，控制模组30输出一通知信号。
藉由上述步骤即完成控制模组30的充放电控制以及电压量测的步骤。此外，如图2所示，控制模组30还连接一低电压通知模组40，当控制模组30输出通知信号时，低电压通知模组40发出一警示信号。
简单讲，本发明的检测方法，主要包括下列步骤(a)在一电容器上产生与一电源相等的电压(充电)；(b)将该电容器接地放电，同时启动一计时器；(c)当该电容器放电至一第一预定电压时，停止计时；(d)比较计时器所示的计数值，当计数值达一预定值时，发出一通知信号。
如此，本方法可用于量测行动电话或无线键盘的电池电压值是否过低。
如图3所示，其为本发明中第二实施例的电路图，主要将电压检测电路1O与一中央处理器50(CPU)相连接，即将第一实施例中的切换控制模组20与控制模组30改为由一中央处理器50所取代，并且图3中的充放电模组16亦不同于图2的充放电模组12，如图3所示，充放电模组16更连接有一第一电阻R1，其与电容器C1、电阻R2的连接点为接点Va，而电阻R1的另一端连接待测电压Vb，其中选取R1的电阻值需远大于R2。
另外，中央处理器(CPU)可为型号8051的单晶片微控制器，可将S2设定成浮接点或是接地两种状态；同样地，第二实施例的中央处理器50主要使用切换控制模组52及控制模组54等两部分；切换控制模组52同样包括有一切换控制电路522以及一切换开关525等。中央处理器50连接电压检测电路10，并进行充放电控制与电压量测步骤，同于第一实施例。另外，第二实施例中的低电压通知模组40等元件，也同于第一实施例。
藉由上述两个实施例的电压检测电路10、切换控制模组20、52以及控制模组30、54，能针对电容器C1的放电时间做计数，经由公式(1)、(2)换算后可进一步得知该量测电压状态的高低，以得知所量测的电池电压是否处于过低的状态。
为了配合前述步骤的说明，以图4中的接点S2与L3以及计时器测得放电时间作一简要说明，其中图4(A)表示S2点的信号由高变为低的转变时序，图4(C)表示计时器开关的时序(clock)信号。其中，当电容经由R1充电至与待测电源相同电压后，于A点时，电容开始放电，此时，将计时器启动；放电一直持续到达B点时，接点Va的电压到达第一预定电压值，此时处理器8051检测到L3点的电位由低上升至高状态，然后，将计时器关闭。因此，当电池电压Vb为3V时所测状态，实验结果所测得的放电时间为615us。另外当电池电压Vb为2.72V时，电容器的放电时间，量测的结果为670us。由此，可知电池电压Vb的值越大，则放电时间t越短，由于公式(2)中的Va值可进一步分析晶体管Q1导通后接点L3的电位为CPU的高位准时，Va=Vb-0.9V(当R3=2MΩ，R4=50KΩ。晶体管Q1的hfe=200)，如此，公式(2)将修改为如下述公式(3)所以，即由公式(3)可计算出放电时间t。t=RClnVbVb-0.9------------(3)]]>如前简要说明可知本发明可有效地运用于行动电话以及无线键盘，其运用实施方式请参阅图5，图5所示为本发明第三实施例的电路方块图，即为将图2的电压检测电路10运用于行动电话的低电压检测电路100中。其中，所述电源检测电路10与图2所示的相同，电压检测电路10连接有一行动电话电路板的中央处理器110，可控制执行电压检测电路10的一端为浮接或接地，并且量测出电容器的充电/放电状态时间长短而加以计时。另包括有一发光二极管驱动电路120，连接于行动电话电路板的中央处理器110，接受行动电话电路板的控制，藉以驱动发光二极管130，即当检测出放电时间t高于某一时间值，则代表所量测的电池电压Vb值为过低的状态。所以，当检测出电源的低电压时，发光二极管130发光显示，藉以通知使用者电压过低，需更换电池。另对于图5所示的行动电话电路板的中央处理器10，则可为一单晶片控制器，如型号为8051的单晶片，其是原先行动电话本身即具有的控制元件，所以我们只增加了电压检测电路10，并不会增加很多电路成本。
如图6所示，其为本发明第四实施例的电路方块图，主要是将图2的电压检测电路10运用于无线键盘的低电压检测电路200中。其中的电压检测电路10与图2所示相同，电压检测电路10连接有一键盘控制电路210，连接于电压检测电路10中，可控制执行电压检测电路10的一端为浮接或接地，并且量测出电容器充电/放电的时间长短。另包括有一发光二极管驱动电路220，连接于键盘控制电路210，接受键盘控制电路210的控制，藉以驱动一发光二极管230；即当检测出放电时间t高于某一时间值，则代表所量测的电池电压Vb值为过低状态，必须更换电池。所以，当检测出电源电压过低时，发光二极管230发光显示，藉以通知使用者电压过低。另外，图6所示的键盘控制电路210，可为一单晶片控制器，如型号为8051系列的单晶片，其是原先行动电话本身具备的控制元件，所以我们只增加了电压检测电路10，并不会增加很多电路成本。所以，本发明提供了一可以有效简化电路的技术，可有效进行电源的低电压检测。
与现有技术相比，本发明具有如下效果综上所述，本发明的电源低电压检测电路，能够有效地进行电池电源的低电压状态检测，且可使用行动电话或无线键盘的现有控制器，不会增加电路成本，本发明具产业利用价值。
以上叙述是借实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。
权利要求
1．一种电源的电压状态检测电路，其特征在于包括一切换控制模组；一充放电模组，其与切换控制模组相连接；一放电电压检测模组，其与充放电模组连接；一具有一计时器的控制模组，其分别与切换控制模组及充放电电压检测模组连接；控制模组输出一第一控制信号至切换控制模组，使充电模组执行充电步骤；于预定期间后，控制模组启动计时器并输出一第二控制信号至切换控制模组，使充放电模组开始执行放电步骤；当充放电模组放电至一第一预定电压时，放电电压检测模组输出一第一信号至控制模组，控制模组则停止计时器计时，并产生一计时结果；然后，以计时结果判定电源装置的电压状态。
2．根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述充放电模组包括有一电容器，其一端接地，另一端连接第一电阻及第二电阻。
3．根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述放电电压检测模组包括一晶体管，晶体管一端连接另一电压源，晶体管再连接一第三电阻与第四电阻，当充放电模组放电时，能输出一供低电压检测的检测信号。
4．根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括一低电压通知模组，连接所述控制模组，当所述计时结果达到一预定的计数值时，控制模组输出所述第二信号至低电压通知模组，低电压通知模组发出一警示信号。
5．一种电源的电压状态检测方法，包括下列步骤(a)对一电容器充电，产生与待测电源相等的电压；(b)将电容器接地放电，同时启动一计时器；(c)当电容器放电至一第一预定电压时，停止计时；(d)比较计时器所示的计数值，当计时结果达到一预订值时，发出一信号。
6．一种用于无线键盘或行动电话的电压状态检测电路，包括一电压检测电路，由一充放电模组连接一放电电压检测模组组成；充放电模组并可在切换控制模组的切换控制下，充电至一电位或接地放电；放电电压检测模组与充放电模组连接，当充放电模组放电至第一预定电压时，输出告知电源为低电压状态的第一信号；一控制电路，连接电压检测电路，控制执行电压检测电路的一端为浮接或接地，并且量测出电容器的充/放电时间长短；一发光二极管驱动电路，连接行动电话电路板的中央处理器；一发光二极管，连接发光二极管驱动电路，当检测出低电压时发光显示。
7．根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述充放电模组主要包括一电容，其一端接地，另一端连接第一电阻及第二电阻，以被待测电源充电。
8．根据权利要求7所述的检测电路，其特征在于，所述放电电压检测电路包括一晶体管，其一端连接另一电压源，晶体管再连接一第三电阻与第四电阻，当充放电模组放电时，输出一检测信号。
9．根据权利要求7所述的检测电路，其特征在于，所述键盘的控制电路，为一单晶片控制器。
全文摘要
一种电源的电压状态检测电路及方法;该电路包括:一切换控制模组;一充放电模组,其与切换控制模组相连接;一放电电压检测模组,其与充放电模组连接;一具有一计时器的控制模组,其分别与切换控制模组及充放电电压检测模组连接;本电压状态检测方法包括下列步骤:对一电容器充电;将电容器放电,并启动计时器;当电容器放电至一预定电压时,停止计时;计数值若达到一预订值时,发出一表示电压过低信号。本发明的电路结构简单成本低。
文档编号G01R19/165GK1283796SQ99111348
公开日2001年2月14日 申请日期1999年8月10日 优先权日1999年8月10日
发明者林焕荣, 高黄晓, 许鸿章 申请人:明碁电脑股份有限公司