蓄电池双向电流检测

引言

　　在某装备的研制过程中，为保障装备效能的正常发挥，需要实时掌握其内部集成的铅酸蓄电池组的工作状态，主要状态参数包括电池组电压和充放电电流，要求监控系统做到精度高、可靠、简单。具体参数指标是：蓄电池组标称值DC24V，充放电电流在5A以内。电压检测精度要求0.01V，电流检测精度要求0.01A，即小数点后保证两位有效数字。据此本文设计了基于STM32F103VB嵌入式控制器为核心的信号处理、采样和计算的软硬件控制系统。

采样与处理

　　采用LA28-NP电流传感器对充放电电流进行实时检测。该传感器是利用霍尔原理的闭环(补偿)电流传感器，原边回路和副边回路之间绝缘，可用于测量直交流脉冲和混合型电流，供电电压±15 V。系统中采用1000：5的匝比，原边回路的充放电±5 A电流对应副边回路的额定电流Is，其有效值为±25 mA。在应用中，感应电流Is通过精密电阻Rm，取得电压量V1，电阻Rm的取值取决于A／D转换器对于V2的要求。

　　LA28-NP的输出电流为双向，即±25 mA的电流信号。在实际工作中，放电时输出电流为+25 mA，而充电时，输出电流为-25mA，由此而取得的电压信号V1相对于地电平也为相应的正负电压。STM32F103内置的ADC电压输入范围为Vref-≤Vin≤Vref+。本设计中Vref-接模拟地，Vref+接2．5 V基准电压，故ADC输入范围为O～2．5 V。目前存在的问题是：STM32F103采用单3．3 V工作，模拟量输入无法处理反向电压。在传统的方式下，如果电阻Rm基准电平端接入地，充电时V1为负电压，控制器无能为力。针对这个问题，本文设计了所示的累加升压、跟随反向信号预处理电路，解决了双向电流的A／D采样问题。

基本思想

　　该设计的基本思想是将双向电流的电压变化范围均控制在0～Vref+范围内。这是以牺牲A／D转换精度为代价的。详细过程如下：

　　①串入电阻Rm=50 Ω，获得模拟量电压输出V1范围为-1．25～+1．25 V。

　　②利用两门运算放大器构建求和电路，实现V1和+1．25 V基准电压累加，将V1扩展至0～-2．5 V。再做一次反向跟随放大，实现电压反向功能，输出电压V2为0～+2．5 V。

　　运算放大器选用通用运放LM324，供电电压±15V，和电流传感器LA28-NP采用同一供电电路。

　　取R3=R4=R5=10 kΩ，Vmid=-(1．25+V1)，故Vmid电压范围为0～-2．5 V。