模擬頻率轉(zhuǎn)換電路、庫(kù)倫計(jì)算器以及庫(kù)倫計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及信號(hào)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種模擬頻率轉(zhuǎn)換電路、庫(kù)倫計(jì)算器W及庫(kù) 倫計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電池上流入和流出的電荷庫(kù)倫量的傳統(tǒng)計(jì)算方法包括：產(chǎn)生線性正比于電池電 流（例如：充電電流或放電電流）的感應(yīng)電壓；利用電壓頻率轉(zhuǎn)換器將感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成頻 率線性正比于感應(yīng)電壓的頻率信號(hào)；W及對(duì)頻率信號(hào)中的波（或者脈沖）的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù) W產(chǎn)生計(jì)數(shù)值。該計(jì)數(shù)值可代表電池上流入和流出的電荷庫(kù)倫量。對(duì)電池上流入和流出的 電荷庫(kù)倫量的計(jì)算方法可W簡(jiǎn)稱為"庫(kù)倫計(jì)算"。
[0003] 圖1所示為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電壓頻率轉(zhuǎn)換器100的電路示意圖。如圖1所示， 電壓頻率轉(zhuǎn)換器100包括感應(yīng)電阻器R'sew、積分器（例如：電阻器R'IW、積分電容器C'IW 和運(yùn)算放大器112所組成的電路；W下稱為積分器很IW，C'IW，112))、比較器114、比較 器116、補(bǔ)償電路（例如：電容器CPi、電容器CPz和開關(guān)MI-Ms所組成的電路），W及控制電 路150。感應(yīng)電阻器R'sew通過感應(yīng)電池152上的電流I'mtW產(chǎn)生感應(yīng)電壓V'S?。積分器 (R'Iw，C'Iw，llリ對(duì)感應(yīng)電壓V's?進(jìn)行積分W產(chǎn)生積分結(jié)果V'Iw。積分結(jié)果V'Iw代表感應(yīng) 電壓V's?的積分值，所W也代表著電流I'MT的積分值。比較器114和116將積分結(jié)果V'IW 和參考電壓V'H和V' ^V\<V'H)進(jìn)行比較W產(chǎn)生脈沖信號(hào)串CMP'H和CMP\?？刂齐娐?50 根據(jù)脈沖信號(hào)串CMP'H和CMP'J$制開關(guān)Mi-Ms。脈沖信號(hào)串CMP'H和CMP\的頻率r"代 表電流I'MT的值。
[0004] 舉例說明，如果電池152正在充電，那么在圖1中標(biāo)識(shí)的感應(yīng)電壓V's?的值為正， 而對(duì)值為正的感應(yīng)電壓V'sew所進(jìn)行的積分會(huì)使積分結(jié)果V'IW減小。當(dāng)積分結(jié)果V'IW減小 至參考電壓￥\時(shí)，比較器116產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)CMP\給控制電路150,使得控制電路150 導(dǎo)通第一組開關(guān)Ml、M4、Me和M7并且斷開第二組開關(guān)M2、Ms、Ms和M8。因此，電容器CPi經(jīng)由 運(yùn)算放大器112的反相輸入端154向積分電容器C'IW提供一定量的補(bǔ)償電荷Q'KW從而增 加積分結(jié)果V'lW，而電容器CPz則由電壓V'KE進(jìn)行充電W存儲(chǔ)一定量的電荷Q'KEP。由于積 分器（R'INT，C'INT，112)的積分對(duì)象感應(yīng)電壓V's?的值仍然為正，所W增加后的積分結(jié) 果V'IW會(huì)因?yàn)榉e分過程而繼續(xù)減小。當(dāng)積分結(jié)果V'IW減小至參考電壓V'L時(shí)，比較器116 產(chǎn)生下一個(gè)脈沖信號(hào)CMP\給控制電路150,使得控制電路150斷開上述第一組開關(guān)并且導(dǎo) 通上述第二組開關(guān)。因此，電容器CPz將上述已存儲(chǔ)的一定量的電荷Q'KW經(jīng)由反相輸入端 154提供給積分電容器C'IW從而增加積分結(jié)果V'IW，而電容器CPi則由電壓V'KW進(jìn)行充電 W存儲(chǔ)一定量的電荷Q'kw。由此可知，如果電池152正在充電，那么控制電路150交替地 導(dǎo)通上述第一組開關(guān)和第二組開關(guān)，使得比較器116產(chǎn)生脈沖信號(hào)串CMP\，而脈沖信號(hào)串 CMP\的頻率r 線性正比于充電電流I\at。同理，如果電池152正在放電，那么控制電路 150交替地導(dǎo)通第S組開關(guān)Ml、M2、M都M訊第四組開關(guān)M3、M4、Ms和M6,使得比較器114產(chǎn) 生脈沖信號(hào)串CMP'h，而脈沖信號(hào)串CMP'h的頻率rCMP線性正比于放電電流I'MT。脈沖信 號(hào)串CMP'h/CMP\的頻率f'CMP可用在上述庫(kù)倫計(jì)算中。
[00化]然而，電壓頻率轉(zhuǎn)換器100具有一些缺陷。例如，頻率f%MP可能由于運(yùn)算放大器 112的輸入失調(diào)電壓V'es而存在誤差。因此，通過對(duì)脈沖信號(hào)串CMP'h/CMP\的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn) 行計(jì)數(shù)所得到的計(jì)數(shù)值也會(huì)因?yàn)檩斎胧д{(diào)電壓V'。5而存在誤差。
[0006] 此外，由于運(yùn)算放大器112控制其反相輸入端154和同相輸入端156具有相同的 電壓水平，而且反相輸入端154從電容器CPi和CP2接收的電壓要么為正電壓V'KW要么為 負(fù)電壓V'Kw，所W同相輸入端156上的電壓（即：感應(yīng)電阻器R's?的端電壓）與電壓V'uw 和-V'KW之差不可W太大。由于電壓V'KW與電池152的正極電壓相比而言較小，所W感應(yīng) 電阻器R's?的端點(diǎn)156上的電壓也相對(duì)較小。因此，感應(yīng)電阻器R'sew可W放置在電池152 的負(fù)極但是不可W放置在電池152的正極。然而，在一些情況下，將感應(yīng)電阻器R's?放置 在電池152的正極會(huì)比較有利。舉例說明，電池152的負(fù)極可能連接一個(gè)熱敏電阻器（未 在圖中顯示）W測(cè)量電池152的溫度，放置在電池152負(fù)極的感應(yīng)電阻器R'sew會(huì)給溫度測(cè) 量帶來誤差。將感應(yīng)電阻器R's?放置在電池152的正極則可W避免引起該誤差。
[0007]其次，電壓頻率轉(zhuǎn)換器100中的補(bǔ)償電路利用兩個(gè)電容器CPi和CP2向積分器 (R'iw，C'iw，l。）提供補(bǔ)償電荷。然而，采用兩個(gè)電容器CPl和CP2會(huì)增加補(bǔ)償電路的成本 和尺寸。。
[000引再者，當(dāng)電容器CPi向積分器巧'IW，C'IW，1。）提供補(bǔ)償電荷時(shí)，電容器CPi將電 壓值V'KEF或-V'REF施加在運(yùn)算放大器112的反相輸入端巧4上，電壓值V'KEF或-V'RE郝同 相輸入端156的電壓值（例如，電壓值為零伏特）不相等。因?yàn)檫\(yùn)算放大器112控制其反 相輸入端154和同相輸入端156的電壓相等，所W運(yùn)算放大器112可能會(huì)產(chǎn)生較大的電流 流過電容器C'IW和電容器CP1W對(duì)電容器CP1進(jìn)行放電，從而快速地將電容器CP1上電壓 或-V'KW減小至零伏特。運(yùn)就要求運(yùn)算放大器112具有相對(duì)較高的靈敏度，能夠產(chǎn)生 較大的電流，并且能夠承受該電流。運(yùn)種運(yùn)算放大器的成本和功耗都相對(duì)較高。
[0009] 圖2所示為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的庫(kù)倫計(jì)算器200的電路示意圖。庫(kù)倫計(jì)算器200包括 感應(yīng)電阻器R's?、計(jì)數(shù)器262和電壓頻率轉(zhuǎn)換器。該電壓頻率轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)S1-S4、積分 器（例如：電阻器R'IW、積分電容器C'IW和運(yùn)算放大器212所組成的電路；W下稱為積分 器很歴，C'歴，2。)）、RC濾波器（包括電阻器Rfl郝電容器CFLT)、比較器214和216,W及 控制邏輯和極性檢測(cè)模塊260。
[0010] 感應(yīng)電阻器R'SEN產(chǎn)生指示電流I'BAT的感應(yīng)電壓V'SENl。開關(guān)Si-S戒收感應(yīng)電 壓V'SEN1，然后向積分器很INT，C'INT，2。）提供電壓V'SEN2。積分器很INT，C'INT，2。）對(duì)電壓 V'sew2進(jìn)行積分W產(chǎn)生積分結(jié)果V'IW。積分結(jié)果V'IW在開關(guān)S1-S4的控制下交替地增加和減 小。比較器214和216將積分結(jié)果V'lw和參考電壓V'進(jìn)行比較，從而交 替地產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)串CMP'H和CMP\?？刂七壿嫼蜆O性檢測(cè)模塊260根據(jù)觸發(fā)信號(hào)串CMP'H 和CMP'J$制開關(guān)S1-S4使得電壓V'sew交替地等于電壓值V's?和電壓值-V'sem。觸發(fā)信 號(hào)串CMP'H和〔1口\交替產(chǎn)生的頻率rCMP代表電流I'BAT的值。計(jì)數(shù)器262對(duì)觸發(fā)信號(hào)串 CMP'H和CMP\中的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)W產(chǎn)生計(jì)數(shù)值，該計(jì)數(shù)值代表電流I'MT中電荷的累加值。 W11] 舉例說明，當(dāng)電流I'BAT從端點(diǎn)CS+經(jīng)過感應(yīng)電阻器R's?流到端點(diǎn)CS-時(shí)，圖2所 示的感應(yīng)電壓V's?是正電壓?？刂七壿嫼蜆O性檢測(cè)模塊260可W導(dǎo)通開關(guān)S1和S4并且 斷開開關(guān)Sz和S3,使得積分器很IW，C'IW，212)對(duì)電壓值V's?進(jìn)行積分從而減小積分結(jié)果 V'lw。當(dāng)積分結(jié)果V'IW減小至參考電壓V'L時(shí)，比較器216產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)CMP\。該觸 發(fā)信號(hào)CMP\使控制邏輯和極性檢測(cè)模塊260斷開開關(guān)S1和S4并且導(dǎo)通開關(guān)S2和S3。于 是，積分器（R'iw，C'iw，212)對(duì)電壓值-V's?進(jìn)行積分從而增加積分結(jié)果V'IW。當(dāng)積分結(jié) 果V'IW增加至參考電壓V'H時(shí)，比較器214產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)CMP'H。該觸發(fā)信號(hào)CMP'H使 控制邏輯和極性檢測(cè)模塊260導(dǎo)通開關(guān)Si和S4并且斷開開關(guān)S2和S3。因此，根據(jù)觸發(fā)信 號(hào)串CMP'H和CMP\來交替地導(dǎo)通第一組開關(guān)S1和S4W及第二組開關(guān)S2和S3,反過來可W 使庫(kù)倫計(jì)算器200交替地產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)串CMP'H和CMP\并且其交替頻率rCMP線性正比于 電流I'MT。同理，當(dāng)電流I'BAT從端點(diǎn)CS-經(jīng)過感應(yīng)電阻器R'SE脯到端點(diǎn)CS+時(shí)，庫(kù)倫計(jì)算 器200也可W交替地產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)串CMP'H和〔1?\并且其交替頻率rCMP線性正比于電流 I'bat。該交替頻率可用于庫(kù)倫計(jì)算。 陽(yáng)〇1引然而，庫(kù)倫計(jì)算器200具有一些缺陷。例如，在第一時(shí)間間隔內(nèi)，積分器 很歴，C'INT，對(duì)電壓值V'SEN進(jìn)行積分使得積分結(jié)果V'INT從參考電壓V'H減小至參考電 壓V'L;在第二時(shí)間間隔內(nèi)，積分器很對(duì)電壓值-V'SEN進(jìn)行積分使得積分結(jié) 果V'IW從參考電壓乂\增加至參考電壓V'H。運(yùn)算放大器212可能存在輸入失調(diào)電壓V'es， 導(dǎo)致第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔之間有時(shí)間差。因此，上述積分過程包括了基于所述時(shí) 間差對(duì)輸入失調(diào)電壓V'as進(jìn)行的積分，導(dǎo)致觸發(fā)信號(hào)串CMP'H和CMP\的交替頻率r存 在誤差。也就是說，對(duì)觸發(fā)信號(hào)串CMP' 的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)所產(chǎn)生的計(jì)數(shù)值也會(huì)因?yàn)?輸入失調(diào)電壓V'。5的存在具有誤差。
[0013] 此外，由于比較器214和216并非絕對(duì)理想，所W觸發(fā)信號(hào)串CMP'H和CMP\的產(chǎn) 生可能存在延時(shí)。運(yùn)導(dǎo)致觸發(fā)信號(hào)串CMP'H和CMP\的交替頻率r"存在誤差（例如：使 交替頻率f'"減?。?。雖然利用高響應(yīng)速度的比較器可W減小交替頻率r中的誤差，但 是運(yùn)種比較器的成本和功耗都相對(duì)較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種模擬頻率轉(zhuǎn)換電路、庫(kù)侖計(jì)算器及庫(kù)侖計(jì) 算方法，能夠減小因電路中的輸入失調(diào)所引起的誤差。
[0015] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種模擬頻率轉(zhuǎn)換電路，包括：第一開關(guān)組， 用于接收指示電流的第一感應(yīng)信號(hào)，并且在切換信號(hào)的控制下提供一個(gè)交替地等于所述第 一感應(yīng)信號(hào)的同相值和所述第一感應(yīng)信號(hào)的反相值的第二感應(yīng)信號(hào)；與所述第一開關(guān)組連 接的積分比較電路，用于對(duì)所述第二感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行積分W產(chǎn)生積分值，并且產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào) 串，該觸發(fā)信號(hào)串的頻率指示所述電流，所述觸發(fā)信號(hào)串中的每個(gè)觸發(fā)信號(hào)是在所述積分 值到達(dá)預(yù)設(shè)參考值時(shí)產(chǎn)生的；與所述積分比較電路連接的補(bǔ)償電路，每當(dāng)所述觸發(fā)信號(hào)串 中的觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，所述補(bǔ)償電路補(bǔ)償所述積分值一個(gè)預(yù)定值；W及與所述第一開關(guān)組 連接的控制電路，用于產(chǎn)生所述切換信號(hào)，所述切換信號(hào)使第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔 相等，在所述第一時(shí)間間隔