鋰電池作為新型清潔、可再生的二次能源，需精確監測其電流、電壓及溫度等參數，并做好相應的保護電路。對于手持設備而言，更需要追求高精度、低功耗，從而降低對鋰電池的“過度”使用，延長使用壽命[1]。
    本文設計的電路在鋰電池供電環路中引入靈敏電阻對電流進行監測，給系統提供充放電提示，同時可用于電量計算以及保護控制。
    本文將詳細闡述電流監測系統原理以及內部電路結構，并給出H-spice仿真結果及相關結論。
1 本文所設計的電流監測電路
    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，COMP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LI1、LI2、LI5、LI6、LI38。處理器輸出數字信號Logic Control改變量化電容。

    圖8為COMP高速比較器靜態工作點仿真數據，其中LG99為復位信號， IN1為1.200 V，對IN2在1.200 V~1.210 V范圍進行瞬態掃描。若IN1=IN2，則輸出應高于數字觸發電平，以保證時序的正確性。仿真后可知：(1)電路存在失調電壓，IN2增加時，有少量輸出與數字邏輯不符；(2)輸入相等時，輸出靜態工作點為1.5 V，能保證后端觸發器保持；(3)輸入差值不大于5 mV就能很快將輸出置高或置低。

    圖9為采樣電路整仿數據，SRP、SRN為鋰電池電流采樣端，典型差值范圍為-125 mV~125 mV；LI22是運放輸出。輸入差值從125 mV變化到5 mV再跳變到-125 mV，采樣端電壓變化所對應的輸出會依據信號的大小進行量化，且通過輸出的高低來判斷工作在充電還是放電狀態。但切換開關瞬間可能產生時鐘饋通效應，該電路增大了運放輸入端的寄生電容，有效減小了頻繁切換開關對輸出的影響。

    采樣電路整體仿真并不完整，當SRP與SRN的差值實時變化時，采樣電路跟隨變化的能力如圖10所示。固定SRN的電壓為0 V，在SRP上加入正弦波信號進行掃描，從圖中可知放大器輸出會跟隨SRP的變化而變化，采樣的分辨率能夠達到要求。

    本文設計了一種適用于鋰電池的電流監測電路，能精確監測電流及充放電狀態。這些信息可用于控制保護電路的啟動，且能用于精確計算電池阻抗、電量等參數。電路添加了使能控制，當工作異常時可關斷電路。并且通過偏置的設置可調節MPI3、MPI4、MPI7、MPI8管(如圖4所示)的寬長比，從而獲得更低功耗，提高電池使用壽命。
參考文獻
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