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詳解鋰電池監測報警電路設計

鉅大LARGE  |  點擊量:1430次  |  2019年09月06日  

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0.18mCMOS工藝,電源電壓為2.5V。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LogicControl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


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