本文提出了一種適用于鋰電池的電流監測電路，通過在鋰電池供電環路引入靈敏電阻對電流進行采樣，并使用時鐘控制開關電容運算放大器和高速比較器，實現從模擬信號到數字信號的轉換。在處理器中進行精確電流量的運算，能對過流、短路電流進行保護，也能用于精確計算電池阻抗、電量等相關參數。電路基于 0.18m CMOS 工藝，電源電壓為 2.5 V。對所設計電路進行了仿真驗證。結果表明，該電路在- 40℃～+125℃應用環境溫度范圍內能夠實現對電流的采樣和編碼功能，并且能對充放電動作進行判斷。

　　電流監測電路

　　模/數轉換器（ADC）由采樣、量化和編碼構成。本文設計的鋰電池電流監測系統框圖如圖 1 所示。其中，電容和 AMP 放大器組成開關電容采樣電路，C0MP 高速比較器對數據進行量化，處理器對電路進行數字邏輯控制及編碼。偏置電路提供AMP 放大器自啟動支路并產生 Vbe1和 Vbe4。時鐘模塊控制系統開關，包括 LII、LI2、LI5、LI6、LI38。處理器輸出數字信號 Logic Control 改變量化電容。

　　開關電容采樣電路

　　如圖 2 所示，通過 V+和 V-間的靈敏電阻進行采樣；。Vbe1和 Vbe4是由 BE 結產生的電壓基準；C3 容值用 n（2 的倍數）表示（C 為單位電容值，C1=C2=1C，C3=C4=nC，C5=8C）；時鐘控制為高時開關導通，為低時開關斷開。

　　電池切換模塊設計

　　電池切換模塊由驅動電路和繼電器組成的切換電路陣列組成。其中，每個切換電路單元對應一個電池單體。驅動電路主要由反向器74LS04 和三極管S9013 組成， 受P1 口輸出的控制信號控制，對繼電器的開、閉狀態進行控制。采用可同時轉換兩路信號的雙觸電繼電器4137， 實現對充放電回路和電池狀態檢測回路同時進行切換。利用外部中斷INT1 的中斷控制功能，并通過單片機的P3.6 對兩個切換按鍵狀態進行檢測判斷，同時利用“上移”和“下移”按鍵，實現電池單體間的手工切換。電池單體間的切換單元電路如圖3所示。

　　充放電模塊設計

　　充放電模塊由充電電路、放電電路和充放電控制電路組成。由單片機輸出的充電或放電控制信號分別控制充電或放電電路對電池進行充電或放電。電池充放電電路如圖4 所示。

　　電壓檢測模塊設計

　　電壓檢測模塊由三端穩壓電路、分壓電路和比較電路組成。三端穩壓電路由LM317 及其外圍電路組成，其輸出的電壓經分壓電路分壓后，作為基準電壓，分別送到由LM339組成的比較器的一端，從電池正極采集的電壓送到比較器電路的另一端，從各比較器的輸出的電平狀態，可對當前電池的電量情況及放置狀態進行判斷。這些狀態信號作為檢測信號，再送回單片機，由單片機控制充放電電路工作，并對電池狀態進行指示。電池電壓檢測電路如圖5 所示。

　　編輯點評：本文簡單介紹了鋰電池監測報警系統的電路設計，下文設計的電路在鋰電池供電環路中引入靈敏電阻對電流進行監測， 給系統提供充放電提示，同時可用于電量計算以及保護控制。

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