锂离子电池快速充电系统的电压、电流采样仿真设计原理

电压采样仿真电路

需要采集的电压信号为锂离子电池两端的电压，正常充电过程中，电池两端的电压在２.７-5.0Ｖ之间，而Ａ／Ｄ转换器测量的范围是０-２.５Ｖ，需要将电池端电压进行１／２比例的缩小至Ａ／Ｄ转换器的量程范围，然后送入Ａ／Ｄ转换器中。

考虑到检测精度的问题，采用仪表放大器实现电压采样，是一种精密的差分电压放大器，它具有极高的输入阻抗，极其良好的共模抑制比，低的输入偏移，低的输出阻抗以及低的失调电压，这些优点使它在数据采集、信号测量，传感器信号放大等方面倍受青睐。

在multisim仿真中，需要对电池的端电压进行缩小，用分立元件搭建了一个仪表放大电路用于测量电池电压。
电路如下所示：

第一级放大电路中的运放U1、U2均为同相差分输入，电池的两端分别加到U1、U2同向端，Ｒ1、Ｒ4以及Ｒ5组成了反馈网络并引入了负反馈，这在很大程度上可以提高整个电路的输入阻抗，微小的输入信号不会大幅度衰减，差模信号得以放大，共模信号仅仅被跟随，第一级放大电路的共模抑制比得以提髙，也就间接的影响到了第二级放大电路的精度，整个电压采样电路的共模抑制比得到了保障。U1和U2的输入端构成了“虚短”和虚断”。

电流采样仿真电路

电流采样电路的待测值为恒流源的输出电流，通过采样电阻对充电电流进行采样，将电流值转换成Ａ／Ｄ转换器可以接受的电压值，然后送入Ａ／Ｄ转换器中。
需要测量的电流高达１０Ａ，要将采样到的电压值经过放大或缩小送入Ａ／Ｄ转换器中，Ａ／Ｄ转换器的量程为２.5Ｖ，对于０-１０Ａ的宽测量范围，只能保证大电流的测量精度，不能保证毫安级别的小电流的测量精度，所以本文采用量程分档的方式，将１０Ａ的宽量程范围分为三档，采用多档位，宽量程，自动切换放大倍数的电流采样电路。

充电电流大致集中在０-１Ａ，１-５Ａ，５-１０Ａ这三个范围内，因此本文将电流采样范围分为０-１Ａ，１-５Ａ，５-１０Ａ这三个档位，由于Ａ／Ｄ转换器的输入信号量程为２.５Ｖ，采样电阻的电压分为０-０.０１Ｖ，０.０１-０.０５Ｖ，０.０５-０.１Ｖ这三个档位，那么电流采样电路就分别对其进行２５０倍，５０倍，２５倍的放大，本文采用两级放大电路进行放大。多路模拟开关可以起到切换电路的作用。
仿真电路图：

当电流在１０Ａ时，选择5-10A档位，此时输出电压为2.501V，可以直接连到ADC转换器的输入引脚上进行处理。