專利名稱：電壓－頻率轉(zhuǎn)換裝置及其基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于例如檢測出由二次電池充電的殘余電壓之電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置、電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
＝＝＝現(xiàn)有的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)＝＝＝《整體結(jié)構(gòu)》參照圖3來說明現(xiàn)有的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的一結(jié)構(gòu)例。圖3是表示現(xiàn)有的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的一結(jié)構(gòu)例的電路框圖。
圖3所示的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100具有誤差放大器102、可變電流源104、基準(zhǔn)電壓源106、比較器108、電容器110、開關(guān)元件112和控制邏輯電路114。
誤差放大器102被施加電壓VIN(+)和電壓VIN(-)，產(chǎn)生對應(yīng)于該電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電位(誤差)的輸出電壓。即，該電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值越大，誤差放大器102越產(chǎn)生大的輸出電壓。
根據(jù)誤差放大器102的輸出電壓來控制從可變電流源104產(chǎn)生的電流量。即，誤差放大器102的輸出電壓越大，可變電流源104越產(chǎn)生大的電流。將可變電流源104和電容器110串聯(lián)連接在電源VDD和接地之間，電容器110充電從可變電流源104產(chǎn)生的電流。即，從可變電流源104產(chǎn)生的電流越大，電容器110越可進(jìn)行急劇的充電，另一方面，從可變電流源104產(chǎn)生的電流越小，越可進(jìn)行低速的充電。
比較器108比較在電容器110的非接地側(cè)的一端呈現(xiàn)的充電電壓和從基準(zhǔn)電壓源106產(chǎn)生的恒定的基準(zhǔn)電壓VREF。在圖3中，向比較器108的+(非反相輸入)端子施加電容器110的充電電壓，向比較器108的—(反相輸入)端子施加基準(zhǔn)電壓VREF。因此，比較器108在電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF小的情況下輸出低電平，在電容器110的充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF的情況下輸出高電平。即，比較器108輸出對應(yīng)于電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓的頻率信號(hào)。
開關(guān)元件112與電容器110并聯(lián)連接。另外，作為開關(guān)元件112，可以采用雙極晶體管(bipolar transistor)或MOSFET等。
控制邏輯電路114與比較器108的輸出相連，以控制開關(guān)元件112的接通斷開。即，控制邏輯電路114在比較器108的輸出為高電平后的一定期間內(nèi)接通開關(guān)元件112。在該一定期間內(nèi)，電容器110經(jīng)開關(guān)元件112進(jìn)行放電。
＝＝＝現(xiàn)有的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作＝＝＝參照圖3和圖6，說明電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100的動(dòng)作。圖6是表示在電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100中，在電容器110的一端上呈現(xiàn)的充電電壓和從比較器108輸出的頻率信號(hào)的關(guān)系的波形圖。另外，電容器110的充電電壓升高的程度(斜率)根據(jù)從可變電流源104供給的電流的大小而不同。即，從可變電流源104供給的電流越小，電容器110的充電電壓升高時(shí)的斜率越向虛線→實(shí)線→單點(diǎn)劃線變緩的方向變化。頻率信號(hào)A、B、C是一一對應(yīng)于虛線、實(shí)線、單點(diǎn)劃線的充電電壓產(chǎn)生的信號(hào)。
首先，在電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓為VA的情況下，可變電流源104產(chǎn)生電流IA，電容器110被供給該電流IA而進(jìn)行如虛線那樣的充電。另外，在電容器110的充電電壓為比基準(zhǔn)電壓VREF小的狀態(tài)的情況下，比較器108的輸出為低電平。之后，在電容器110的充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF的情況下，比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖??？刂七壿嬰娐?14在比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖胶蟮囊欢ㄆ陂g，接通開關(guān)元件112。即，形成電容器110用的放電路徑。因此，電容器110經(jīng)開關(guān)元件112如虛線那樣地直接進(jìn)行放電。而且，控制邏輯電路114接通開關(guān)元件112的一定期間是電容器110完成放電所需的期間，考慮電容器110的電容量等而預(yù)先設(shè)置在控制邏輯電路114內(nèi)。并且，在電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF小的情況下，比較器108的輸出再次變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼?，比較器108對虛線的充電電壓輸出頻率信號(hào)A。
接著，在電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓為VB(＜VA)的情況下，可變電流源104產(chǎn)生電流IB(＜IA)，電容器110被供給該電流IB而進(jìn)行如實(shí)線那樣的充電。另外，在電容器110的充電電壓為比基準(zhǔn)電壓VREF小的狀態(tài)的情況下，比較器108的輸出是低電平。之后，在電容器110的充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF的情況下，比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖?。控制邏輯電?14在比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖胶蟮囊欢ㄆ陂g，接通開關(guān)元件112。因此，電容器110經(jīng)開關(guān)元件112如實(shí)線那樣地直接進(jìn)行放電。并且，在電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF小的情況下，比較器108的輸出再次變?yōu)榈碗娖?。因此，比較器108對實(shí)線的充電電壓輸出頻率信號(hào)B。
接著，在電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓為VC(＜VB)的情況下，可變電流源104產(chǎn)生電流IC(＜IB)，電容器110被供給該電流IC而進(jìn)行如單點(diǎn)劃線那樣的充電。另外，在為電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF小的狀態(tài)的情況下，比較器108的輸出是低電平。之后，在電容器110的充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF的情況下，比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖??？刂七壿嬰娐?14在比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖胶蟮囊欢ㄆ陂g，接通開關(guān)元件112。因此，電容器110經(jīng)開關(guān)元件112如單點(diǎn)劃線那樣直接進(jìn)行放電。并且，在電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF小的情況下，比較器108的輸出再次變?yōu)榈碗娖?。因此，比較器108對單點(diǎn)劃線的充電電壓輸出頻率信號(hào)C。
如上所述，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100將電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于該差值電壓的頻率信號(hào)。
＝＝＝電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的使用例＝＝＝電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100可以作為例如求出由二次電池充電的殘余電壓等用的裝置來采用。
圖4是表示內(nèi)置二次電池的電池組(battery pack)的示意結(jié)構(gòu)圖。在圖4中，電池組200內(nèi)置有二次電池201、檢測電阻202、微計(jì)算機(jī)203(或也可以是邏輯集成電路)等。二次電池201和檢測電阻202串聯(lián)連接在與將二次電池201作為電源使用的電子設(shè)備電連接的+端子和—端子之間。通過二次電池201進(jìn)行充電或放電，檢測電阻202在其兩端產(chǎn)生電壓VIN(+)和電壓VIN(-)。例如，在將電池組200裝到電子設(shè)備的情況下，二次電池201為了向該電子設(shè)備提供電源，進(jìn)行放電，而向檢測電阻202的a方向(紙面向上方向)流過放電電流。即，在二次電池201進(jìn)行放電的情況下，電壓VIN(+)比電壓VIN(-)低。進(jìn)一步，二次電池201的放電量越小，電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差電壓越大。另一方面，在將電池組200裝到充電器(未圖示)的情況下，二次電池201進(jìn)行充電，而向檢測電阻202的b方向(紙面向下方向)流過充電電流。即，在二次電池201進(jìn)行充電的情況下，電壓VIN(+)比電壓VIN(-)高。進(jìn)一步，二次電池201的充電量越多，電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓越大。
上述的電壓VIN(+)和電壓VIN(-)作為求出二次電池201進(jìn)行放電時(shí)的殘余電壓或二次電池201進(jìn)行充電時(shí)的充電電壓的基礎(chǔ)的電壓信息，供給到微計(jì)算機(jī)203。微計(jì)算機(jī)203內(nèi)置有電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100。并且，微計(jì)算機(jī)203可以得到考慮了電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的大小與電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓的頻率信號(hào)。進(jìn)一步，微計(jì)算機(jī)203對所得到的頻率信號(hào)執(zhí)行適當(dāng)?shù)某绦蛱幚恚伤愠龆坞姵?01被裝載到電子設(shè)備時(shí)的殘余電壓或該殘余電壓的可使用時(shí)間、充電中的充電電壓等。
專利文獻(xiàn)1特開2002-107428圖5是表示電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出特性的圖。另外，在圖5中，橫軸表示輸入到誤差放大器102的電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓[V]，縱軸表示從比較器108輸出的頻率信號(hào)[Hz]。并且，上述的電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓與頻率信號(hào)理想上具有如實(shí)線那樣的比例關(guān)系。
但是，微計(jì)算機(jī)203(或邏輯集成電路)同步于自運(yùn)行或另外運(yùn)行的時(shí)鐘信號(hào)來執(zhí)行運(yùn)算動(dòng)作。另外，在圖4的情況下，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100內(nèi)置在如上所述的微計(jì)算機(jī)203中進(jìn)行動(dòng)作。因此，在作為電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100內(nèi)的比較器108的輸出的頻率信號(hào)的頻率和微計(jì)算機(jī)203中使用的時(shí)鐘信號(hào)的頻率具有給定的關(guān)系的情況下，前者的頻率信號(hào)受到來自后者的時(shí)鐘信號(hào)的干擾(數(shù)字噪聲)。作為上述給定的關(guān)系，例如舉出前者的頻率信號(hào)的頻率是后者的時(shí)鐘信號(hào)的頻率的整數(shù)倍的情況等。其由頻率信號(hào)的頻率根據(jù)電容器110的充電電壓為唯一的一定頻率引起。在前者的頻率信號(hào)受到來自后者的時(shí)鐘信號(hào)的干擾的情況下，比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率一定，而不響應(yīng)于電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓的變化。即，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100因受到來自時(shí)鐘信號(hào)的干擾，具有抑制了頻率信號(hào)的變化的不靈敏區(qū)域。結(jié)果，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100的實(shí)際輸入輸出特性如單點(diǎn)劃線那樣，有與本來應(yīng)是實(shí)線的輸入輸出特性偏離的問題。
另外，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100與時(shí)鐘信號(hào)干擾的問題不限于該電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100內(nèi)置在微計(jì)算機(jī)203或邏輯集成電路等的情況下發(fā)生。例如，即使在分別獨(dú)立設(shè)置電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100和使用給定頻率的時(shí)鐘信號(hào)的電路等(集成電路、分立電路)的情況下，若為時(shí)鐘信號(hào)對電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100為干擾原因的設(shè)計(jì)環(huán)境，也可產(chǎn)生上述的干擾問題。
并且，在電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置100的輸入輸出特性為圖5的單點(diǎn)劃線那樣的情況下，微計(jì)算機(jī)203求出比本來的殘余電壓還多的殘余電壓，以作為例如將電池組200裝到電子設(shè)備的情況下的二次電池201的殘余電壓。這時(shí)，即使微計(jì)算機(jī)203在電子設(shè)備等的顯示器等上顯示二次電池201的殘余電量，也有從二次電池201的殘余電壓好像充分殘存的顯示狀態(tài)變?yōu)槎坞姵?01的殘余電壓突然變?yōu)榱?，電子設(shè)備關(guān)閉的情況，有使使用者產(chǎn)生很大的迷惑的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種即使在周期性的數(shù)字噪聲為干擾原因的情況下，也可保持良好的電壓—頻率轉(zhuǎn)換精度的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置。
解決所述問題用的發(fā)明是一種電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其中具有可變電流源，其用于使電容器進(jìn)行充電；電流量調(diào)整部，其將使所述電容器進(jìn)行充電用的所述可變電流源的電流量調(diào)整為對應(yīng)于第一電壓和第二電壓的差值電壓的電流量；比較部，其比較在所述電容器的一端側(cè)產(chǎn)生的充電電壓和基準(zhǔn)電壓的大小；放電部，其根據(jù)所述充電電壓超過了所述基準(zhǔn)電壓時(shí)的所述比較部的比較結(jié)果，使所述電容器的充電電壓放電；從所述比較部得到對應(yīng)于所述第一電壓和所述第二電壓的差值電壓的頻率信號(hào)，其特征在于，包括使所述基準(zhǔn)電壓改變的基準(zhǔn)電壓改變部。
另外，一種電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法，該電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置具有可變電流源，其使電容器進(jìn)行充電；電流量調(diào)整部，其將所述電容器進(jìn)行充電用的所述可變電流源的電流量調(diào)整為對應(yīng)于第一電壓和第二電壓的差值電壓的電流量；比較部，其比較所述電容器的一端側(cè)產(chǎn)生的充電電壓和基準(zhǔn)電壓的大??；放電部，其根據(jù)所述充電電壓超過了所述基準(zhǔn)電壓時(shí)的所述比較部的比較結(jié)果，使所述電容器的充電電壓放電；從所述比較部得到對應(yīng)于所述第一電壓和所述第二電壓的差值電壓的頻率信號(hào)，其特征在于，使所述基準(zhǔn)電壓在預(yù)定的電壓的范圍內(nèi)周期性變化。
根據(jù)本發(fā)明，可以使電壓—頻率的轉(zhuǎn)換精度提高。


圖1是表示本發(fā)明的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的電路框圖；圖2是表示本發(fā)明的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖；圖3是表示現(xiàn)有的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的電路框圖；圖4是表示作為電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的適用例的電池組的電路框圖；圖5是表示電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的輸入輸出特性的特性圖；圖6是表示現(xiàn)有的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖；圖7是表示使用了電池組的電子設(shè)備的一例的圖。
圖中102-誤差放大器，104-可變電流源，108-比較器，110-電容器，112-開關(guān)元件，114-控制邏輯電路，302-基準(zhǔn)電壓改變部，304-第一基準(zhǔn)電壓源，306-第二基準(zhǔn)電壓源，308-第一電容器，310-第二電容器，312-第一開關(guān)元件，314-第二開關(guān)元件，316-第三開關(guān)元件，318-定時(shí)控制電路。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本說明書和附圖的記載，可以至少清楚下面的事項(xiàng)。
＝＝＝電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)＝＝＝《整體結(jié)構(gòu)》參照圖1來說明本發(fā)明的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的一結(jié)構(gòu)例。圖1是表示本發(fā)明的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的一結(jié)構(gòu)例的電路框圖。另外，對于圖1的結(jié)構(gòu)中與圖3相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)記同一符號(hào)，同時(shí)省略說明。
圖1所示的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300具有誤差放大器102(電流量調(diào)整部)、可變電流源104、基準(zhǔn)電壓改變部302、比較器108(比較部)、電容器110、開關(guān)元件112和控制邏輯電路114。圖1的結(jié)構(gòu)與圖3的結(jié)構(gòu)不同的是代替產(chǎn)生恒定的基準(zhǔn)電壓VREF的基準(zhǔn)電壓源106，具有產(chǎn)生按每一定周期來重復(fù)進(jìn)行改變的基準(zhǔn)電壓VREF’的基準(zhǔn)電壓改變部302。另外，開關(guān)元件112和控制邏輯電路114相當(dāng)于本發(fā)明的放電部。
比較器108比較在電容器110的非接地側(cè)的一端呈現(xiàn)的充電電壓和從基準(zhǔn)電壓變化部302產(chǎn)生的所謂以一定周期重復(fù)進(jìn)行改變的基準(zhǔn)電壓VREF’。在圖1中，將電容器110的充電電壓施加到比較器108的+(非反相輸入)端子，將基準(zhǔn)電壓VREF’施加到比較器108的—(反相輸入)端子。因此，比較器108在電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF’小的情況下輸出低電平，在電容器110的充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF’的情況下輸出高電平。即，比較器108輸出對應(yīng)于電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓和基準(zhǔn)電壓VREF’的頻率信號(hào)。
《基準(zhǔn)電壓改變部的結(jié)構(gòu)》基準(zhǔn)電壓改變部302具有第一基準(zhǔn)電壓源304、第二基準(zhǔn)電壓源306、第一電容器308、第二電容器310、第一開關(guān)元件312(TG1)、第二開關(guān)元件314(TG2)、第三開關(guān)元件316(TG3)和定時(shí)控制電路318。在這里，第一基準(zhǔn)電壓源304產(chǎn)生電壓V1。第二基準(zhǔn)電壓源306產(chǎn)生電壓V2(＜電壓V1)。將第一電容器308的電容值設(shè)置為比第二電容器310的電容值大。將第一開關(guān)元件312連接到產(chǎn)生電壓V1的第一基準(zhǔn)電壓源304的非接地側(cè)的一端和產(chǎn)生充放電電壓的第二電容器310的非接地側(cè)的一端之間。將第二開關(guān)元件314連接到產(chǎn)生電壓V2的第二基準(zhǔn)電壓源306的非接地側(cè)的一端和第二電容器310的非接地側(cè)的一端之間。將第三開關(guān)元件316連接到產(chǎn)生充放電電壓的第一電容器308的非接地側(cè)的一端和第二電容器310的非接地側(cè)的一端之間。并且，將第一電容器308的非接地側(cè)的一端產(chǎn)生的充放電電壓作為基準(zhǔn)電壓VREF’施加到比較器108的一端子上。定時(shí)控制電路318開關(guān)控制第一開關(guān)元件312、第二開關(guān)元件314、第三開關(guān)元件316，使得在第一電容器308的一端產(chǎn)生的充放電電壓在電壓V1和電壓V2之間周期性變化。尤其，開關(guān)控制電路318根據(jù)從微計(jì)算機(jī)203供給的時(shí)鐘信號(hào)，預(yù)先在內(nèi)部形成可產(chǎn)生分別在預(yù)定的定時(shí)內(nèi)接通斷開第一開關(guān)元件312、第二開關(guān)元件314和第三開關(guān)元件316用的控制信號(hào)的硬件邏輯。并且，基于定時(shí)控制電路318進(jìn)行的定時(shí)控制，第一開關(guān)元件312和第二開關(guān)元件314在第一周期T1中互補(bǔ)地接通斷開，第三開關(guān)元件316在第二周期T2(＜第一周期T1)中接通斷開。另外，作為這些第一到第三開關(guān)元件312、314、316，可以采用雙極晶體管或MOSFET等。
第一開關(guān)元件312和第三開關(guān)元件316作為使在第一電容器308的一端呈現(xiàn)的基準(zhǔn)電壓VREF’從電壓V2側(cè)升高到電壓V1側(cè)用的充電用的第一開關(guān)電路起作用。另一方面，第二開關(guān)元件314和第三開關(guān)元件316作為使在第一電容器308的一端呈現(xiàn)的基準(zhǔn)電壓VREF’從電壓V1側(cè)降低到電壓V2側(cè)用的放電用的第二開關(guān)電路起作用。
＝＝＝電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作＝＝＝《基準(zhǔn)電壓改變部的動(dòng)作》參照圖1和圖2，來說明基準(zhǔn)電壓改變部302產(chǎn)生周期性變化的基準(zhǔn)電壓VREF’的動(dòng)作。圖2是表示電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖。另外，在圖2中，表示第一到第三開關(guān)元件312、314、316的TG1到TG3的高電平表示第一到第三開關(guān)元件312、314、316的接通狀態(tài)，另一方面，TG1到TG3的低電平表示第一到第三開關(guān)元件312、314、316的斷開狀態(tài)。
首先，在基準(zhǔn)電壓改變部302的穩(wěn)定狀態(tài)下，在第一開關(guān)元件312斷開，同時(shí)第二開關(guān)元件314接通的情況下，在第二電容器310的非接地側(cè)的一端產(chǎn)生的電壓從高電壓V1變?yōu)榈碗妷篤2。因此，在第一開關(guān)元件312斷開且第二開關(guān)元件314接通的T1/2期間中，每次第三開關(guān)元件316以第二周期T2重復(fù)接通時(shí)，第一電容器308的充電電壓向該第二電容器310平均移動(dòng)第二電容器310的電容值部分。結(jié)果，第一電容器308的非接地側(cè)的一端產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓VREF’每次在第三開關(guān)元件316接通時(shí)，從電壓V1側(cè)向電壓V2側(cè)按等級狀降低。
接著，在基準(zhǔn)電壓改變部302的穩(wěn)定狀態(tài)下，在第一開關(guān)元件312接通，同時(shí)第二開關(guān)元件314斷開的情況下，第二電容器310的非接地側(cè)的一端產(chǎn)生的電壓從低電壓V2變?yōu)楦唠妷篤1。因此，在第一開關(guān)元件312接通且第二開關(guān)元件314斷開的T1/2期間中，每次第三開關(guān)元件316以第二周期T2重復(fù)接通時(shí)，第二電容器310的充電電壓向第一電容器308平均移動(dòng)該第二電容器310的電容值部分。結(jié)果，第一電容器308的非接地側(cè)的一端產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓VREF’每次在第三開關(guān)元件316接通時(shí)，從電壓V2側(cè)向電壓V1側(cè)按等級狀升高。
根據(jù)定時(shí)控制電路318進(jìn)行的第一到第三開關(guān)元件312、314、316的開關(guān)控制，從第一電容器308的非接地側(cè)的一端產(chǎn)生在電壓V1和電壓V2之間，以第一周期T1為單位重復(fù)進(jìn)行降低或升高的基準(zhǔn)電壓VREF’。即，基準(zhǔn)電壓VREF’與基準(zhǔn)電壓VREF不同，不是恒定值。
另外，在本實(shí)施方式中，說明了第一周期T1和第二周期T2具有“T1＝8*T2”的關(guān)系的情況，但是并不限于此。第二周期T2也可為比第一周期T1更短的周期。這時(shí)，電壓V1和電壓V2之間的基準(zhǔn)電壓VREF’的按等級狀變化的各期間比圖2短，該基準(zhǔn)電壓VREF’的按等級狀變化的各量(各等級)比圖2少。即，基準(zhǔn)電壓VREF’與圖2的情況相比，更頻繁變化。
《整體動(dòng)作》參考圖1和圖2來說明本發(fā)明的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的動(dòng)作。另外，在圖2中，電容器110的充電電壓升高時(shí)的斜率向從可變電流源104供給的電流越小、越變緩的方向變化。可變電流源104的電流量根據(jù)電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓而唯一確定。即，從比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率根據(jù)電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓來唯一確定。在本實(shí)施方式中，說明電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓大致恒定的期間的動(dòng)作。即，電容器110的充電電壓升高時(shí)的斜率大致恒定。
例如，在電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓為VX的情況下，可變電流源104產(chǎn)生電流IX，電容器110供給該電流IX而進(jìn)行如實(shí)線那樣的充電。另外，在為電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF’小的狀態(tài)的情況下，比較器108的輸出為低電平。之后，在電容器110的充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF’的情況下，比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖??？刂七壿嬰娐?14在比較器108的輸出變?yōu)楦唠娖胶蟮囊欢ㄆ陂g，接通開關(guān)元件112。即，形成電容器110用的放電路徑。因此，電容器110經(jīng)開關(guān)元件112直接進(jìn)行如實(shí)線那樣的放電。另外，控制邏輯電路114接通開關(guān)元件112的一定期間是電容器110完成放電所需的期間，考慮電容器110的電容量等而預(yù)先確定在控制邏輯電路114內(nèi)。并且，在電容器110的充電電壓比基準(zhǔn)電壓VREF’小的情況下，比較器108的輸出再次變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼?，比較器108輸出圖2的頻率信號(hào)。
在本實(shí)施方式中，基準(zhǔn)電壓VREF’在電壓V1和電壓V2之間周期性變化。即，由于即使在電容器110的充電電壓升高的斜率大致恒定的期間內(nèi)，成為該充電電壓的比較對象的基準(zhǔn)電壓VREF’的電平周期性變化，所以從比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率有偏差，而不會(huì)大致恒定。
因此，由于即使在將電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300內(nèi)置在使用如圖4所示的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作的微計(jì)算機(jī)203或邏輯集成電路的情況下，從比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率也會(huì)有偏差，所以從比較器108輸出的頻率信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)等的周期性的數(shù)字噪聲的頻率有一定的關(guān)系(例如，頻率信號(hào)是時(shí)鐘信號(hào)的整數(shù)倍等)的可能性極低。因此，從比較器108輸出的頻率信號(hào)很難受到時(shí)鐘信號(hào)等的數(shù)字噪聲的干擾，很難產(chǎn)生圖5所示的不靈敏區(qū)域。由此，本實(shí)施方式的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300的輸入輸出特性不會(huì)從如圖5所示的本來應(yīng)為實(shí)線的直線特性大大偏離為單點(diǎn)劃線的特性，與實(shí)線的直線特性大致一致。
因此，通過采用本實(shí)施方式的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300，可以提高電壓—頻率轉(zhuǎn)換精度。尤其在將電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300用于檢測圖4所示的電池組200的二次電池201的殘余電壓等的情況下，可以求出更準(zhǔn)確的殘余電壓等。
另外，第一電容器308和第二電容器310的電容量比越大，基準(zhǔn)電壓VREF’按等級狀變化的各期間越短，進(jìn)一步，基準(zhǔn)電壓VREF’按等級狀變化的各量(各等級)越小。因此，可以進(jìn)一步減少從比較器108輸出的頻率信號(hào)受到來自時(shí)鐘信號(hào)等的周期性的數(shù)字噪聲的干擾的可能性。
在這里，在將電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300用于二次電池201的充放電狀態(tài)的檢測的情況下，為了在施加到誤差放大器102的電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓變?yōu)榱銜r(shí)，從可變電流源104向電容器110供給的電流變?yōu)榻o定的電流IO(＞0)，也可設(shè)置誤差放大器102和可變電流源104的關(guān)系。例如，在將內(nèi)置了電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300的電池組200裝載到電子設(shè)備中，并對該電子設(shè)備提供電源的情況下，二次電池201進(jìn)行放電。即，由于沿圖4的a方向流過放電電流，所以電壓VIN(+)＜電壓VIN(-)的關(guān)系成立，電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓越大，越從圖5的橫軸中的電壓VIN(+)＝電壓VIN(-)點(diǎn)向右方向移動(dòng)，從比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率越高。另一方面，在將內(nèi)置了電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300的電池組200裝到充電器中的情況下，二次電池201進(jìn)行充電。即，由于沿圖4的b方向流過充電電流，所以電壓VIN(+)＞電壓VIN(-)的關(guān)系成立，電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓越大，越從圖5的橫軸中的電壓VIN(+)＝電壓VIN(-)點(diǎn)向左方向移動(dòng)，從比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率越低。在微計(jì)算機(jī)203中，可以將電壓VIN(+)＝電壓VIN(-)時(shí)的比較器108的頻率信號(hào)作為基準(zhǔn)，根據(jù)電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的大小和差值電壓，來檢測出二次電池201的充放電狀態(tài)。
＝＝＝電池組的使用例＝＝＝作為具有圖1的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300的電池組200的使用對象，可舉出例如圖7所示的筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)400。通過將電池組200插入且裝到設(shè)置在該筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)400的側(cè)面的電池插入口402中，從而可以供給使筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)400動(dòng)作用的電源。另外，可以將由電池組200內(nèi)部的微計(jì)算機(jī)203求出的二次電池201的殘余電量(或可使用時(shí)間)顯示在顯示器404的端部或?qū)ｉT設(shè)置的小型顯示器406上。作為二次電池201的殘余電量的顯示方法，可以是使用了條形的指示器(indicator)顯示，也可以是數(shù)字顯示。
另外，作為具有電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300的電池組200的其他適用對象，可舉出數(shù)字相機(jī)或移動(dòng)電話機(jī)等。
即，由于通過使用電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300可以提高電壓—頻率的轉(zhuǎn)換精度，所以對于需要適當(dāng)?shù)碾妷骸l率轉(zhuǎn)換結(jié)果的任何便攜型的電子設(shè)備，使用效果大。
如從上面的說明所明白的，一種電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300，其中包括使電容器110進(jìn)行充電用的可變電流源104；將電容器104進(jìn)行充電用的可變電流源104的電流量調(diào)整為對應(yīng)于電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓的電流量的誤差放大器102；比較在電容器110的一端側(cè)產(chǎn)生充電電壓和基準(zhǔn)電壓VREF’的大小的比較器108；根據(jù)充電電壓超過了基準(zhǔn)電壓VREF’時(shí)的比較器108的比較結(jié)果，使電容器110的充電電壓放電的放電部(開關(guān)元件112、控制邏輯電路114)；并從比較器108得到對應(yīng)于電壓VIN(+)和電壓VIN(-)的差值電壓的頻率信號(hào)，其特征在于，具有使得基準(zhǔn)電壓VREF’改變的基準(zhǔn)電壓改變部302，。由此，可以使從比較器108輸出的頻率信號(hào)的頻率偏差為不受到來自時(shí)鐘信號(hào)等的周期性的數(shù)字噪聲的干擾的程度，可以使電壓—頻率的轉(zhuǎn)換精度提高。
另外，基準(zhǔn)電壓改變部302在預(yù)定的電壓V1和電壓V2的范圍內(nèi)，使基準(zhǔn)電壓VREF’周期性變化。由此，可以將基準(zhǔn)電壓VREF’的改變幅度預(yù)先限制在電壓V1和電壓V2之間。即，在來自比較器108的頻率信號(hào)正好不受到來自時(shí)鐘信號(hào)等的周期性的數(shù)字噪聲的干擾的范圍內(nèi)，且電壓—頻率的轉(zhuǎn)換精度不像圖5的單點(diǎn)劃線那樣降低的范圍內(nèi)，使基準(zhǔn)電壓VREF’的電平改變。由此，可以使電壓—頻率的轉(zhuǎn)換精度提高。尤其，基準(zhǔn)電壓VREF’最好是在第一周期T1中重復(fù)進(jìn)行升高和降低的等級狀波形的電壓。
另外，基準(zhǔn)電壓改變部302可以為以下構(gòu)成，其中具有產(chǎn)生電壓V1的第一基準(zhǔn)電壓源304；產(chǎn)生電壓值比電壓V1小的電壓V2的第二基準(zhǔn)電壓源306；第一電容器308；電容值比第一電容器308小的第二電容器310；以第二電容器310的電容值為單位，使第一電容器308從電壓V2側(cè)向電壓V1側(cè)充電用的第一開關(guān)電路(第一開關(guān)元件312、第三開關(guān)元件316)；以第二電容器310的電容值為單位，使第一電容器308從電壓V1側(cè)向電壓V2側(cè)放電用的第二開關(guān)電路(第二開關(guān)元件314、第三開關(guān)元件316)和控制第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的開關(guān)定時(shí)的定時(shí)控制電路318；并將第一電容器308的一端上呈現(xiàn)的充放電電壓作為基準(zhǔn)電壓VREF’施加到比較器108的一端子上。
更具體的，基準(zhǔn)電壓改變部302可以為以下構(gòu)成，其中具有產(chǎn)生電壓V1的第一基準(zhǔn)電壓源304；產(chǎn)生電壓值比電壓V1小的電壓V2的第二基準(zhǔn)電壓源306；第一電容器308；電容值比第一電容器308小的第二電容器310；連接在電壓V1和呈現(xiàn)充放電電壓的第二電容器310的一端之間的第一開關(guān)元件312；連接在電壓V2和第二電容器310的一端之間連接的第二開關(guān)元件314；連接在呈現(xiàn)充放電電壓的第一電容器308的一端和第二電容器310的一端之間連接的第三開關(guān)元件316；控制第一到第三開關(guān)元件312、314、316的開關(guān)定時(shí)的定時(shí)控制電路318；定時(shí)控制電路318以第一周期T1互補(bǔ)地開關(guān)第一開關(guān)元件312和第二開關(guān)元件314，同時(shí)，以比第一周期T1短的第二周期T2來開關(guān)第三開關(guān)元件316，并將第一電容器308的一端呈現(xiàn)的充放電電壓作為基準(zhǔn)電壓VREF’施加到比較器108的一端子上。
另外，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300可以為內(nèi)置到同步于給定頻率的時(shí)鐘信號(hào)來進(jìn)行動(dòng)作的集成電路(微計(jì)算機(jī)203或邏輯電路)中的裝置。由于為從電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300輸出的頻率信號(hào)很難受到時(shí)鐘信號(hào)和周期性的數(shù)字噪聲的影響的結(jié)構(gòu)，所以即使使微計(jì)算機(jī)203或邏輯集成電路等單芯片化，電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300也可執(zhí)行精度高的電壓—頻率轉(zhuǎn)換。
此外，若電壓VIN(+)和電壓VIN(-)為在二次電池201的電流流過的檢測電阻202的兩端出現(xiàn)的電壓，則采用電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置300的微計(jì)算機(jī)203等可以高精度地求出二次電池201充電時(shí)的充電電壓和放電二次電池時(shí)的殘余電壓等。
如上所述，說明了本發(fā)明的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置和電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法，但是上面的說明用于使本發(fā)明的理解變得容易，而不限定本發(fā)明。本發(fā)明可以進(jìn)行改變、改進(jìn)，而不脫離其精神，本發(fā)明當(dāng)然包含其等效物。
權(quán)利要求
1.一種電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其中具有可變電流源，其用于使電容器進(jìn)行充電；電流量調(diào)整部，其將使所述電容器進(jìn)行充電用的所述可變電流源的電流量調(diào)整為對應(yīng)于第一電壓和第二電壓的差值電壓的電流量；比較部，其比較在所述電容器的一端側(cè)產(chǎn)生的充電電壓和基準(zhǔn)電壓的大??；放電部，其根據(jù)所述充電電壓超過了所述基準(zhǔn)電壓時(shí)的所述比較部的比較結(jié)果，使所述電容器的充電電壓放電；從所述比較部得到對應(yīng)于所述第一電壓和所述第二電壓的差值電壓的頻率信號(hào)，其特征在于，包括使所述基準(zhǔn)電壓改變的基準(zhǔn)電壓改變部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓改變部在預(yù)定的電壓范圍內(nèi)，使所述基準(zhǔn)電壓周期性變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓為在各周期中重復(fù)進(jìn)行升高和下降的等級狀波形的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓改變部具有電壓V1；電壓V2，其電壓值比所述電壓V1?。坏谝浑娙萜鳎坏诙娙萜?，其電容值比所述第一電容器小；第一開關(guān)電路，其以所述第二電容器的電容值為單位，用于使所述第一電容器從所述電壓V2側(cè)向所述電壓V1側(cè)充電；第二開關(guān)電路，其以所述第二電容器的電容值為單位，用于使所述第一電容器從所述電壓V1側(cè)向所述電壓V2側(cè)放電；定時(shí)控制電路，其控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)定時(shí)；將所述第一電容器的一端呈現(xiàn)的充放電電壓作為所述基準(zhǔn)電壓施加到所述比較部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓改變部具有電壓V1；電壓V2，其電壓值比所述電壓V1?。坏谝浑娙萜?；第二電容器，其電容值比所述第一電容器小；第一開關(guān)元件，其連接在所述電壓V1和充放電電壓呈現(xiàn)的所述第二電容器的一端之間；第二開關(guān)元件，其連接在所述電壓V2和所述第二電容器的一端之間；第三開關(guān)元件，其連接在呈現(xiàn)充放電電壓的所述第一電容器的一端和所述第二電容器的一端之間；定時(shí)控制電路，其控制所述第一到第三開關(guān)元件的開關(guān)定時(shí)；所述定時(shí)控制電路以第一周期互補(bǔ)地開關(guān)所述第一開關(guān)元件和所述第二開關(guān)元件，同時(shí)，以比所述第一周期短的第二周期來開關(guān)所述第三開關(guān)元件；將所述第一電容器的一端呈現(xiàn)的充放電電壓作為所述基準(zhǔn)電壓施加到所述比較部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，內(nèi)置在同步于給定頻率的時(shí)鐘信號(hào)來動(dòng)作的集成電路中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一電壓和所述第二電壓是在二次電池的電流流過的檢測電阻的兩端呈現(xiàn)的電壓。
8.一種電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生方法，該電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置具有可變電流源，其使電容器進(jìn)行充電；電流量調(diào)整部，其將所述電容器進(jìn)行充電用的所述可變電流源的電流量調(diào)整為對應(yīng)于第一電壓和第二電壓的差值電壓的電流量；比較部，其比較所述電容器的一端側(cè)產(chǎn)生的充電電壓和基準(zhǔn)電壓的大?。环烹姴?，其根據(jù)所述充電電壓超過了所述基準(zhǔn)電壓時(shí)的所述比較部的比較結(jié)果，使所述電容器的充電電壓放電；從所述比較部得到對應(yīng)于所述第一電壓和所述第二電壓的差值電壓的頻率信號(hào)，其特征在于，使所述基準(zhǔn)電壓在預(yù)定的電壓的范圍內(nèi)周期性變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電壓—頻率轉(zhuǎn)換裝置，其中具有可變電流源，其用于使電容器進(jìn)行充電；電流量調(diào)整部，其將使所述電容器進(jìn)行充電用的所述可變電流源的電流量調(diào)整為對應(yīng)于第一電壓和第二電壓的差值電壓的電流量；比較部，其比較在所述電容器的一端側(cè)產(chǎn)生的充電電壓和基準(zhǔn)電壓的大?。环烹姴?，其根據(jù)所述充電電壓超過了所述基準(zhǔn)電壓時(shí)的所述比較部的比較結(jié)果，使所述電容器的充電電壓放電；從所述比較部得到對應(yīng)于所述第一電壓和所述第二電壓的差值電壓的頻率信號(hào)，其特征在于，包括使所述基準(zhǔn)電壓改變的基準(zhǔn)電壓改變部。因此，即使在周期性的數(shù)字噪聲為干擾原因的情況下，也可保持良好的電壓—頻率轉(zhuǎn)換精度。
文檔編號(hào)G01R19/257GK1818705SQ20061000595
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者米澤善昭, 千里內(nèi)忠雄 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社