一种电量计电路、控制方法、电量计及终端与流程

1.本发明涉及终端技术领域，特别涉及一种电量计电路、控制方法、电量计及终端。


背景技术：

2.目前手机及其他手持设备都配置有电量计，电量计与终端的充放电电路连接，用于对充电电量和放电电量进行计量，从而能够更加精确的反映设备的当前剩余电量，特别是目前大多设备都配置了快充功能，电量计的作用就变得更加明显。
3.现有技术当中，目前使用的电量计电路原理如图1所示，仅用一颗精密电阻rsense来检测充放电通路中的电流，即电量计先采集rsense两端的电压，由于rsense的阻值已知，因此可以计算出充放电通路中的电流，而根据电流即可统计电量。
4.随着快充技术的不断发展，电量计要检测的电流范围从毫安级到几十安培级，采用单一精密电阻rsense来检测充放电通路电流的方案的弊端越来越明显，具体如下：
5.当通路中的电流过小时(如待机状态下)，电量计采集的电压也会很小，例如当rsense＝1mohm、手机待机时的电流为1ma时，rsense两端产生的电压只有1uv，如此小的电压信号很容易受到干扰，影响电池电量检测的精确；
6.当通路中的电流过大时(如工作状态下)，rsense两端产生的电压也会很大，电压过大很容易因超过量程范围而烧坏器件，同时也会产生大量的热耗。


技术实现要素：

7.基于此，本发明的目的是提供一种电量计电路、控制方法、电量计及终端，以解决目前电量计电路无法适应电流变化而存在的技术问题。
8.根据本发明实施例的一种电量计电路，与终端的充放电电路连接，用于对充电电量和放电电量进行计量，所述电路包括：
9.检流电路，串接在所述充放电电路上，所述检流电路包括多条检流支路，多条所述检流支路相互并联，所述检流支路至少包括第一可控开关，当任一所述第一可控开关闭合时，对应的所述检流支路导通，从而导通所述充放电电路，每条所述检流支路具有不同的检流阻抗；
10.电量计量模块，用于采集任一条所述检流支路的检流阻抗两端的电压信号，并根据所述电压信号进行电量计量。
11.另外，根据本发明上述实施例的一种电量计电路，还可以具有如下附加的技术特征：
12.进一步地，所述电量计量模块包括增益可控放大器及控制器；
13.所述增益可控放大器与所述控制器的电压采集引脚连接，以能将任一条所述检流支路的检流阻抗两端的电压信号进行增益放大之后通过所述电压采集引脚输入所述控制器；
14.所述控制器与每个所述第一可控开关电连接，以能选择的控制任一所述第一可控
开关闭合和断开。
15.进一步地，所述第一可控开关为具有导通阻抗的可控开关。
16.进一步地，至少一条所述检流支路还包括检流电阻，所述检流电阻与所述第一可控开关串联。
17.进一步地，所述增益可控放大器的两个输入端分别与所述检流支路的两端连接，以将所述检流支路两端的电势作为所述增益可控放大器的差分输入。
18.进一步地，每条所述检流支路均包括所述检流电阻，所述增益可控放大器的两个输入端分别与所述检流电阻的两端连接，以将所述检流电阻两端的电势作为所述增益可控放大器的差分输入。
19.进一步地，所述检流电阻的一端通过第二可控开关与所述增益可控放大器的负极连接；和/或
20.所述检流电阻的另一端通过第三可控开关与所述增益可控放大器的正极连接。
21.根据本发明实施例的一种电量计电路的控制方法，所述电量计电路为上述的电量计电路，所述方法包括：
22.当接收到充电或放电指令时，控制预定的初始第一可控开关闭合；
23.获取电量计量模块采集的电压信号，并根据所述电压信号和所述预定的第一可控开关所在检流支路的检流阻抗，计算出充放电电路的当前电流值；
24.基于预先标定的对应关系，确定与所述当前电流值对应的目标第一可控开关；
25.当所述目标第一可控开关不为所述初始第一可控开关时，控制所述目标第一可控开关闭合，并控制所述初始第一可控开关断开，以切换导通与所述当前电流值对应的检流支路；
26.其中，当所述电量计电路包括第二可控开关和/或第三可控开关时，所述第一可控开关与所述第二可控开关和/或第三可控开关形成联动。
27.根据本发明实施例的一种电量计，包括电路板及设置于所述电路板上的上述的电量计电路。
28.根据本发明实施例的一种终端，包括充放电电路及上述的电量计，所述电量计的电量计电路用于对所述充放电电路的充电电量和放电电量进行计量。
29.与现有技术相比：通过采用相互并联多条检流支路来检测充放电通路中的电流，并且多条检流支路具有单独的控制开关及不同的检流阻抗，这样就可以根据充放电通路中的电流大小，选择切换不同的检流支路来对电流进行检测，例如当电流过小时，可切换检流阻抗更大的检流支路，避免电压信号过小而影响电池电量检测的精确，当电流过大时，可切换检流阻抗较小的检流支路，避免电压信号过大而烧坏器件及避免产生大量的热耗，也即本发明当中的电量计电路能够通过切换不同检流阻抗的检流支路来应对通路中的电流变化。
附图说明
30.图1为现有技术当中的电量计工作的原理图；
31.图2为本发明第一实施例中的电量计电路的电路图；
32.图3为本发明第二实施例中的电量计电路的电路图；
33.图4为本发明第三实施例中的电量计电路的电路图；
34.图5为本发明第四实施例中的电量计电路的电路图。
35.以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
36.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
37.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.实施例一
40.请参阅图2，所示为本发明第一实施例中的电量计电路，与终端的充放电电路20连接，用于对充电电量和放电电量进行计量，电量计电路电路包括检流电路及与检流电路连接的电量计量模块12，其中：
41.检流电路串接在充放电电路20上，检流电路包括多条检流支路11，多条检流支路11相互并联，检流支路11包括第一可控开关，多个第一可控开关分别为s1～sn(n>＝2)，当任一第一可控开关闭合时，对应的检流支路11导通，从而导通充放电电路20，每条检流支路11具有不同的检流阻抗。
42.在本实施例当中，第一可控开关具体为具有导通阻抗的可控开关，更具体为mos管或三极管，本实施例优选为mos管，即本实施例将mos管的导通阻抗rds(on)单独作为检流支路11的检流阻抗，其中mos管的导通阻抗rds(on)是带有自温度补偿的精密电阻(精度在 /
‑
2％以内)，能够有效保证电流检测的精度。
43.电量计量模块12用于采集任一条检流支路11的检流阻抗两端的电压信号，并根据电压信号进行电量计量。在本实施例当中，电量计量模块12具体包括增益可控放大器及控制器，控制器具有电压采集引脚，该电压采集引脚具体为adc引脚。增益可控放大器具体为差分放大器，增益可控放大器与控制器的电压采集引脚连接，并且增益可控放大器的两个输入端(vs 和vs
‑
)分别与检流支路的两端连接，以将检流支路两端的电势作为增益可控放大器的差分输入，从而能够将任一条检流支路11的检流阻抗两端的电压信号进行增益放大之后通过电压采集引脚输入控制器，控制器接收到电压信号之后，结合对应的检流支路11的检流阻抗(即mos管的检流阻抗rds(on))及增益放大倍数即可计算出通路中的电流，根据电流即可统计电量；
44.例如，当通过通路电流确定所选的检流阻抗＝ri(i＝1～n)时，电量计将可控增益放大器的增益设置成gi，adc读数对应的电压值为di；则在检流阻抗＝ri这段时间ti内的电
量qi计算公式如下：
[0045][0046]
其中，控制器与每个第一可控开关电连接，以能选择的控制任一第一可控开关闭合和断开。具体遵循如下控制规则：1)、充放电电路20中的电流越大，控制检流阻抗越小的检流支路11导通；2)、充放电电路20中的电流越小，控制检流阻抗越大的检流支路11导通；可预先标定不同检流阻抗与通路电流之间的对应关系。例如，如图2所示，假定si(i＝1
……
n)的导通阻抗rds(on)随着i递增，则当通路电流逐渐增大时，可以依次切换s1～sn来适应通路电流的变化，这样经增益可控放大器将导通阻抗两端的电压放大到adc引脚的量程范围内，使adc引脚采集到的电压信号稳定在一定值范围之内，不会因信号过小而影响精度，也不会因信号过大而超出adc量程。需要说明的是，上述仅为本实施例当中的一种示例，在其他情况当中，si(i＝1
……
n)的导通阻抗rds(on)也可以随着i递减、或者无规律分布。
[0047]
在具体实施时，第一可控开关及其所在检流支路11的检流阻抗、增益可控放大器的放大倍数、及通路电流之间可以预先标定对应关系，使得当计算出通路电流之后，根据该对应关系即可确定需要控制的第一可控开关及放大倍数。此外，s1～sn所表示的mos管可以集成在电量计内部，也可以独立在电量计之外，当s1～sn集成在电量计内部时，增益可控放大器的放大倍数可以与具体所选择开关预先对应好：比如当选择si(i＝1
……
n)开关时对应的增益可控放大器自行将放大倍数设置成gi(i＝1
……
n)；也可以设置成用户可配置，当s1～sn独立于电量计之外时，增益可控放大器的放大倍数可以在规定的范围内用户可配置。
[0048]
作为一种可选方式，本实施例当中的电量计电路的具体工作过程可以如下：假定默认状态s1闭合，其它开关断开，s1对应的放大倍数是g1，对应的adc值为d1；若d1<dm(说明：在小于dm时，开关si两端的差分电压检测精度难以保证)，则将它切换到s2，用较大的电阻进行检测；然后依次类推，直到能够满足精度为止。
[0049]
需要说明的是，从s1切换到s2的过程中，有一小段时间s1和s2是同时闭合的，此时对计算电流s1通路的电流的时候，需要根据实际的放大倍数g和实际的电阻(s1和s2并联)进行修正。
[0050]
另外，放电过程中电流变化的速度可能会非常快，针对这种情况若每个采样值都要用d1<dm来判断是否切换，则开关的切换将会非常频繁，增加电量计设计的难度；可以用以下几种方法来平滑原始数据且不影响总体的检测精度：
[0051]
1、算术/加权平均值法。以时间t(t至少大于2个电量计的采样周期t0)为窗口统计，取时间t内所有读数的平均值作为d1；利用d1<dm来判断是否需要切换；
[0052]
2、其他滤波算法，先将时间窗口t内的原始数据进行滤波，再利用d1<dm来判断是否需要切换。
[0053]
实施例二
[0054]
请参阅图3，所示为本发明第二实施例中的电量计电路，本实施例当中的电量计电路与第一实施例当中的电量计电路的不同之处在于：
[0055]
至少一条检流支路11还包括检流电阻，检流电阻与其所在检流支路上的第一可控开关串联，增益可控放大器的两个输入端分别与检流支路的两端连接，以将检流支路两端的电势作为增益可控放大器的差分输入。在本实施例一些可选实施例当中，如图3所示，除
第一可控开关s1所在检流支路之外，其他检流支路均包括检流电阻，多个检流电阻分别为rsense2～rsensen(n>＝2)。也即，在本实施例当中，第一可控开关s1所在检流支路的检流阻抗为第一可控开关s1的导通阻抗rds(on)，而其他检流支路11的检流阻抗均为第一可控开关的导通阻抗rds(on)和检流电阻的阻值之和。
[0056]
在本实施例一些优选方案当中，每个检流电阻的阻值不同，从而保证每条检流支路11具有不同的检流阻抗，这样就可以让各个第一可控开关的导通阻抗rds(on)相同，这种方案的好处在于：对于集成在电量计内部的第一可控开关可以用同一ip来制造；而对于独立在电量计之外的第一可控开关则仅需选择同一款mos管就可以满足n路不同阻抗电路的切换。
[0057]
但需要说明的是，在本实施例一些替代方案当中，也可以让各个第一可控开关的导通阻抗不同，而让各个检流电阻的阻值相同；或者也可以让各个第一可控开关的导通阻抗不同，各个检流电阻的阻值也相同；或者第一可控开关也可以由不带导通阻抗的普通可控开关来代替。
[0058]
需要指出的是，本发明第二实施例所提供的电路，其实现原理及产生的技术效果和第一实施例类似，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
[0059]
实施例三
[0060]
请参阅图4，所示为本发明第三实施例中的电量计电路，本实施例当中的电量计电路与第二实施例当中的电量计电路的不同之处在于：
[0061]
每条检流支路均包括检流电阻，增益可控放大器的两个输入端分别与检流电阻的两端连接，以将检流电阻两端的电势作为增益可控放大器的差分输入。也即，在本实施例当中，将检流电阻单独作为检流支路11的检流阻抗。同时每个检流电阻的一端均通过一第二可控开关与增益可控放大器的负极连接，多个第二可控开关分别为k1～kn(n>＝2)，且第二可控开关k1～kn相互并联，并且第一可控开关与第二可控开关形成联动，例如k1与s1联动，使得k1与s1同时闭合同时断开。
[0062]
需要指出的是，本发明第三实施例所提供的电路，其实现原理及产生的技术效果和第一实施例和第二实施例类似，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例和第二实施例中相应内容。
[0063]
实施例四
[0064]
请参阅图5，所示为本发明第四实施例中的电量计电路，本实施例当中的电量计电路与第三实施例当中的电量计电路的不同之处在于：
[0065]
检流电阻的另一端通过一第三可控开关与增益可控放大器的正极连接，第三可控开关和第二可控开关完成相同，相当于检流电阻两端各通过一相同规格的可控开关与增益可控放大器连接，保证检流电阻两端的电压信号是差分的，提高抗干扰能力。在本实施例当中，也同样是将检流电阻单独作为检流支路11的检流阻抗。
[0066]
具体地，多个第三可控开关分别为p1～pn(n>＝2)，且第三可控开关p1～pn相互并联，并且第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关形成联动，例如k1、s1和p1联动，使得k1、s1和p1同时闭合同时断开。
[0067]
需要指出的是，本发明第四实施例所提供的电路，其实现原理及产生的技术效果和第一实施例、第二实施例和第三实施例类似，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考
第一实施例、第二实施例和第三实施例中相应内容。
[0068]
实施例五
[0069]
本发明第五实施例提出一种电量计电路的控制方法，所述电量计电路为上述实施例1
‑
4当中任一实施例所述的电量计电路，所述方法可应用于所述电量计电路的控制器当中，所述方法具体包括：
[0070]
步骤s01、当接收到充电或放电指令时，控制预定的初始第一可控开关闭合；
[0071]
步骤s02、获取电量计量模块采集的电压信号，并根据所述电压信号和所述预定的第一可控开关所在检流支路的检流阻抗，计算出充放电电路的当前电流值；
[0072]
步骤s03、基于预先标定的对应关系，确定与所述当前电流值对应的目标第一可控开关；
[0073]
步骤s04、当所述目标第一可控开关不为所述初始第一可控开关时，控制所述目标第一可控开关闭合，并控制所述初始第一可控开关断开，以切换导通与所述当前电流值对应的检流支路。
[0074]
在具体实施时，第一可控开关及其所在检流支路的检流阻抗、增益可控放大器的放大倍数、及通路电流之间可以预先标定对应关系，使得当计算出通路电流之后，根据该对应关系即可确定需要控制的第一可控开关及放大倍数。例如第二可控开关s2，其所在检流支路的检流阻抗为r2，对应的增益放大倍数是g2，对应的通路电流为i2，其中i2＝dm/r2，dm为预设采集电压，即要求adc引脚采集到的电压信号稳定在dm范围之内，不会因信号过小而影响精度，也不会因信号过大而超出adc量程。
[0075]
在具体应用时，可以设定第一可控开关s1为初始第一可控开关，即当有充电需要或放电需求时，先让第一可控开关s1闭合，然后根据采集的电压信号计算出通路电流，然后根据通路电流确定对应的目标第一可控开关，例如通路电流为i2，则确定第二可控开关s2为目标第一可控开关，然后闭合s2断开s1即可切换第二条检流支路，经切换之后，adc引脚采集到的电压信号将稳定在dm范围之内，从而避免因电压信号过小而影响检测精确，同时也能够避免因电压信号过大而烧坏器件及产生大量的热耗。
[0076]
其中，当电量计电路包括第二可控开关和/或第三可控开关时(针对上述第三实施例和第四实施例的电路)，第一可控开关需要与第二可控开关和/或第三可控开关形成联动，从而在控制第一可控开关闭合或断开时，第二可控开关和/或第三可控开关也同步闭合或断开。
[0077]
实施例六
[0078]
本发明第六实施例还提出一种电量计，包括电路板及设置于电路板上的电量计电路，所述电量计电路为上述实施例1
‑
4当中任一实施例所述的电量计电路。
[0079]
实施例七
[0080]
本发明第七实施例还提出一种终端，包括充放电电路及上述第六实施例当中所述的电量计，电量计的电量计电路用于对充放电电路的充电电量和放电电量进行计量。
[0081]
在具体实施时，终端具体可以为手机、平板等。
[0082]
综上，本发明上述实施例当中的电量计电路、控制方法、电量计及终端，通过采用相互并联多条检流支路来检测充放电通路中的电流，并且多条检流支路具有单独的控制开关及不同的检流阻抗，这样就可以根据充放电通路中的电流大小，选择切换不同的检流支
路来对电流进行检测，例如当电流过小时，可切换检流阻抗更大的检流支路，避免电压信号过小而影响电池电量检测的精确，当电流过大时，可切换检流阻抗较小的检流支路，避免电压信号过大而烧坏器件及避免产生大量的热耗，也即本发明当中的电量计电路能够通过切换不同检流阻抗的检流支路来应对通路中的电流变化。
[0083]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0084]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。