[发明专利]一种高精度的连续时间双向电流采样电路及实现方法

说明书

本发明公开了一种高精度的连续时间双向电流采样电路，包括设置在芯片外的电池充放电电路上的采样电阻Rs，芯片内的电阻Ra1、电阻Ra2、电阻Rb和预放大器，设置在芯片上的两个采样端口VBUS和VBAT和一个电压输出端口VOUT，还包括具有反馈信号输入端口的主放大器，MOS管M1，MOS管M2，以及具有两个输入端口、一个输出端口和一个反馈信号输出端口的共模反馈电路。本发明达到了电路结构简单，检测结果精度高的效果。

技术领域

本发明涉及电源管理领域，具体地说，是涉及一种高精度的连续时间双向电流采样电路及实现方法。

背景技术

在锂电池管理系统中，需要对电池电流信息进行采样，再通过ADC转换成数字信息传送给微处理器进行监听，以此来监管锂电池的状态，达到保护锂电池的目的。在实际的使用过程中，锂电池可以是多节串联，也可以是多节并联，因此，预放大器的输入端将需要能够承受高压信号，由于采样电阻在采样过程中会发热导致效率变低，一般的采样电阻阻值将会很小，这将对采样精度带来很高的要求。此外，锂电池在充放电时，电流方向相反，所以也需要预放大器能够采集双向的电流。

现有一种如图1所示的采样电路，该采样电路设置在芯片内部，在该芯片上预留了两个采样端口VBUS和VBAT，以及一个电压输出端口VOUT，利用芯片外的电流采样电阻Rs采集流过电池的电流；

当电池充电时，采样端口VBUS的电压V_BUS大于采样端口VBAT的电压V_BAT，通过Level-shift电路控制MOS管Ma2导通，MUX选择V_BUS信号输入到预放大器OP1的VINM端，预放大器OP1工作时使得VINM＝VINP，此时忽略MOS管Ma2的导通电阻，流过电阻Ra2的电流为：

(V_BAT-V_BUS)/Ra2

此电流在电阻Rb上产生的输出电压为：

(V_BAT-V_BUS)*Rb/Ra2

设定预放大器的放大倍率K＝Rb/Ra2，那么最终的输出电压为：

(V_BAT-V_BUS)*K

同理，当电池充电时，V_BAT-V_BUS0，Level-shift电路控制MOS管Ma1导通，MUX选择V_BAT信号输入到预放大器OP1的VINM输入端，假设Ra1＝Ra2，最终输出电压为：

(V_BUS-V_BAT)×K；

现有的采样电路存在如下缺点：MOS管Ma1和Ma2在导通时实际存在导通电阻，会影响输出的增益误差；在采样的过程中，需要通过选择信号控制Level-shift电路，使得系统的灵活度不高；电路架构复杂，需要使用高压器件，大大地增加了芯片的面积和复杂度，且采样电路的精度只能达到1mV，若要提高精度，只能增加Auto-Zero或者Chopping等工作方式，而这些方式的电路将进一步增加面积和开关噪声。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度的连续时间双向电流采样电路及实现方法，解决现有采样电路存在架构复杂、面积大，且精度不够高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高精度的连续时间双向电流采样电路，包括设置在芯片外的电池充放电电路上的采样电阻Rs，芯片内的电阻Ra1、电阻Ra2和电阻Rb，设置在芯片上的两个采样端口VBUS和VBAT和一个电压输出端口VOUT，还包括预放大器，具有反馈信号输入端口的主放大器，MOS管M1，MOS管M2，以及具有两个输入端口、一个输出端口和一个反馈信号输出端口的共模反馈电路；