一种适用于锂电池的电流监测电路设计

MNI24等效电阻（即调零电阻）。由式（9）可知，调节Rz和CI15可实现系统稳定。

　　1.3 COMP高速比较器电路

　　如图6所示， 电路由MN1~MN6和MP1~MP4组成。IN1与IN2为输入端；OUT1与OUT2为输出端；LG99由数字时钟控制，实现复位功能。

　　图6 COMP高速比较器电路

　　电路采用正反馈技术，速度得到大大提高。当LG99为低时，MP3、MP4导通，MN5、MN6关断电路，OUT1、OUT2抬高，后端触发器处于保持状态。而LG99为高时，MP3、MP4关断，MN5、MN6导通。此时若IN1大于IN2，则V 减小，使OUT1减小；OUT1作用于MP2与MN2，使OUT2被抬高；而OUT2作用于MP1与MN1，使OUT1被拉低，形成正反馈。反之亦然，只要IN1与IN2之间存在压差都会在输出上快速响应。

　　2 仿真结果与分析

　　本文采用0.18μm CMOS工艺，使用H-spice对数字时钟、AMP运算放大器、偏置电路和高速比较器进行了仿真验证。

　　图7为AMP放大器交流小信号仿真数据，其中复位信号LI26为低，在LI12上加入AC=1的交流小信号。对-40℃ 、25 ℃、125 ℃ 3种温度进行AC扫描，可知：（1）当增益降为O时，相位裕度仍保持90度以上；（2）在不同温度下，增益与相位裕度受影响不大，系统处于稳定态。

　　图7 不同温度下放大器增益与相位裕度曲线

　　图8为COMP高速比较器静态工作点仿真数据，其中LG99为复位信号，IN1为1.200 V，对IN2在1.200 V~1.210 V范围进行瞬态扫描。若IN1=IN2，则输出应高于数字触发电平，以保证时序的正确性。仿真后可知：（1）电路存在失调电压，IN2增加时，有少量输出与数字逻辑不符；（2）输入相等时，输出静态工作点为1.5 V，能保证后端触发器保持；（3）输入差值不大于5 mV就能很快将输出置高或置低。

　　图8 高速比较器静态工作点仿真曲线

　　图9为采样电路整仿数据，SRP、SRN为锂电池电流采样端，典型差值范围为-125 mV~125 mV;LI22是运放输出。输入差值从125mV变化到5mV再跳变到-125mV，采样端电压变化所对应的输出会依据信号的大小进行量化，且通过输出的高低来判断工作在充电还是放电状态。但切换开关瞬间可能产生时钟馈通效应，该电路增大了运放输入端的寄生电容，有效减小了频繁切换开关对输出的影响。

　　图9 采样电路整仿曲线

　　采样电路整体仿真并不完整，当SRP与SRN的差值实时变化时，采样电路跟随变化的能力如图10所示。固定SRN 的电压为0V，在SRP上加入正弦波信号进行扫描，从图中可知放大器输出会跟随SRP的变化而变化，采样的分辨率能够达到要求。

　　本文设计了一种适用于锂电池的电流监测电路，能精确监测电流及充放电状态。这些信息可用于控制保护电路的启动，且能用于精确计算电池阻抗、电量等参数。电路添加了使能控制，当工作异常时可关断电路。并且通过偏置的设置可调节MPI3、MPI4、 MPI7、MPI8管（如图4所示）的宽长比，从而获得更低功耗，提高电池使用寿命。

　　图10 采样电路跟随功能仿真曲线