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详解:锂电池监测报警电路设计(图)

导读: 本文提出了一种适用于锂电池的电流监测电路,通过在锂电池供电环路引入灵敏电阻对电流进行采样,并使用时钟控制开关电容运算放大器和高速比较器,实现从模拟信号到数字信号的转换。在处理器中进行精确电流量的运算,能对过流、短路电流进行保护,也能用于精确计算电池阻抗、电量等相关参数。

  本文提出了一种适用于锂电池的电流监测电路,通过在锂电池供电环路引入灵敏电阻对电流进行采样,并使用时钟控制开关电容运算放大器和高速比较器,实现从模拟信号到数字信号的转换。在处理器中进行精确电流量的运算,能对过流、短路电流进行保护,也能用于精确计算电池阻抗、电量等相关参数。电路基于 0.18m CMOS 工艺,电源电压为 2.5 V。对所设计电路进行了仿真验证。结果表明,该电路在- 40℃~+125℃应用环境温度范围内能够实现对电流的采样和编码功能,并且能对充放电动作进行判断。

  电流监测电路

  模/数转换器(ADC)由采样、量化和编码构成。本文设计的锂电池电流监测系统框图如图 1 所示。其中,电容和 AMP 放大器组成开关电容采样电路,C0MP 高速比较器对数据进行量化,处理器对电路进行数字逻辑控制及编码。偏置电路提供AMP 放大器自启动支路并产生 Vbe1和 Vbe4。时钟模块控制系统开关,包括 LII、LI2、LI5、LI6、LI38。处理器输出数字信号 Logic Control 改变量化电容。

开关电容采样电路

  如图 2 所示,通过 V+和 V-间的灵敏电阻进行采样;。Vbe1和 Vbe4是由 BE 结产生的电压基准;C3 容值用 n(2 的倍数)表示(C 为单位电容值,C1=C2=1C,C3=C4=nC,C5=8C);时钟控制为高时开关导通,为低时开关断开。

电池切换模块设计

  电池切换模块由驱动电路和继电器组成的切换电路阵列组成。其中,每个切换电路单元对应一个电池单体。驱动电路主要由反向器74LS04 和三极管S9013 组成, 受P1 口输出的控制信号控制,对继电器的开、闭状态进行控制。采用可同时转换两路信号的双触电继电器4137, 实现对充放电回路和电池状态检测回路同时进行切换。利用外部中断INT1 的中断控制功能,并通过单片机的P3.6 对两个切换按键状态进行检测判断,同时利用"上移"和"下移"按键,实现电池单体间的手工切换。电池单体间的切换单元电路如图3所示。

充放电模块设计

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