一种适用于锂电池的电流监测电路设计 放大器, 电池, 影响

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关键字：锂电池   电流监测   开关电容放大器  
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?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