详解锂电池监测报警电路设计

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0.18mCMOS工艺，电源电压为2.5V。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LogicControl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