詳解鋰電池監測報警電路設計—電路圖天天讀（304）

　　本文提出了一種適用于鋰電池的電流監測電路，通過(guò)在鋰電池供電環(huán)路引入靈敏電阻對電流進(jìn)行采樣，并使用時(shí)鐘控制開(kāi)關(guān)電容運算放大器和高速比較器，實(shí)現從模擬信號到數字信號的轉換。在處理器中進(jìn)行精確電流量的運算，能對過(guò)流、短路電流進(jìn)行保護，也能用于精確計算電池阻抗、電量等相關(guān)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(jìn)行了仿真驗證。結果表明，該電路在- 40℃～+125℃應用環(huán)境溫度范圍內能夠實(shí)現對電流的采樣和編碼功能，并且能對充放電動(dòng)作進(jìn)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(kāi)關(guān)電容采樣電路，C0MP 高速比較器對數據進(jìn)行量化，處理器對電路進(jìn)行數字邏輯控制及編碼。偏置電路提供AMP 放大器自啟動(dòng)支路并產(chǎn)生 Vbe1和 Vbe4。時(shí)鐘模塊控制系統開(kāi)關(guān)，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(kāi)關(guān)電容采樣電路

　　如圖 2 所示，通過(guò) V+和 V-間的靈敏電阻進(jìn)行采樣；。Vbe1和 Vbe4是由 BE 結產(chǎn)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(shí)鐘控制為高時(shí)開(kāi)關(guān)導通，為低時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

　　電池切換模塊設計

　　電池切換模塊由驅動(dòng)電路和繼電器組成的切換電路陣列組成。其中，每個(gè)切換電路單元對應一個(gè)電池單體。驅動(dòng)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(kāi)、閉狀態(tài)進(jìn)行控制。采用可同時(shí)轉換兩路信號的雙觸電繼電器4137， 實(shí)現對充放電回路和電池狀態(tài)檢測回路同時(shí)進(jìn)行切換。利用外部中斷INT1 的中斷控制功能，并通過(guò)單片機的P3.6 對兩個(gè)切換按鍵狀態(tài)進(jìn)行檢測判斷，同時(shí)利用“上移”和“下移”按鍵，實(shí)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(jìn)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(jīng)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(tài)，可對當前電池的電量情況及放置狀態(tài)進(jìn)行判斷。這些狀態(tài)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(tài)進(jìn)行指示。電池電壓檢測電路如圖5 所示。

　　編輯點(diǎn)評：本文簡(jiǎn)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(huán)路中引入靈敏電阻對電流進(jìn)行監測， 給系統提供充放電提示，同時(shí)可用于電量計算以及保護控制。

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