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
- 保护锂电池的设计(08-29)
- 关于交直流两用后备电源的设计(12-27)
- 实现扣式锂电池设计方案及影响因素(01-04)
- 以单片机为核心的电池管理系统的解决方案(02-06)
- 基于单片机的电池保护电路系统设计(02-24)
- 简单电路在锂电池充电器测试上的应用(02-28)