通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计

其中300Hz信号发生电路由14位二进制串行计数/分频器CD4060以及低通滤波电路组成，具体电路如图4所示。恒流功放部分采用功率可达4W的音频功率放大器。

图4 300Hz信号发生电路

4 蓄电池单体电压的测量

《通信电源与空调集中监控系统的技术要求》中规定蓄电池检测装置必须测量每只蓄电池的单体电压。由于蓄电池串联起来为通信设备供电，每只蓄电池对地的电位都不相同，其最高的共模电压可达60V,对于一般的多路模拟开关、A/D转换器来说，难以承受。因此，要对其进行测试，首先必须对浮地信号做共地处理或采取隔离措施。传统的比较成熟的测试方法是用继电器和大的电解电容做隔离处理，基本原理如图5所示。

图5 传统的单体电压测试方法

其基本的测试原理是：首先将继电器闭合到A区，对电解电容充电;等到需要测该蓄电池的电压时，把继电器闭合到B区，将电解电容和蓄电池隔离开来，由于电解电容保持有该蓄电池的电压信号，因此，测试部分只需测电解电容上的电压，即可得到相应的蓄电池电压。这种方法无需采用线性光隔离等比较昂贵的器件，具有原理简单、造价低的优点。但是由于继电器存在着机械动作慢，使用寿命低等缺陷，实践证明，根据这一原理实现的检测装置在速度、使用寿命、工作的可靠性方面都难以令人满意。

4.1 硬件直接相减的方法的实现

硬件直接相减法的思想来源于数学上减法的概念。试想，如果用高差模增益的运放将蓄电池上的高电位按比例压缩，即：首先将n号蓄电池的高端电位按照Rn1/Rn2的比例压缩至模拟电子开关可以承受的程度，测量得到压缩后的电压值，然后由软件将压缩系数乘回去，即可得到n号蓄电池的高端电位，同理可得到第n号蓄电池的低端电位，然后通过软件将两者相减，即可得到第n号蓄电池的单体电压。从理论上分析这种方法是可行的，但在实际中却难以实现。比如，40V的电位，通过测试精度为0.1%的测试系统，其绝对误差为±40mv,而38V的电位，通过同样测试精度的系统，其绝对误差为±38mv,两者之间的绝对误差累积为±78mv,显然，其相对误差可达到8%,这远远难以达到通信电源监控系统中的要求。因此，这种减法器的方法在工程上是不可能实现的，但其思想却十分具有参考价值：如果能够解决误差的连续累积问题，就有可能得到满意精度的测量结果。为此我们用两片高差模增益放大器设计了一种硬件直接相减的电路，其原理电路如图6所示。

图6 采用硬件直接相减法测量单体电压的电路

图6中，ICL7650是差模增益高达105/mV的运算放大器，从而能够保证运算放大器的同相输入端和反相输入端的电位相等，都等于地电位。Rnp为保证运算放大器工作的平衡电阻。Vna为n号蓄电池的高端电位，Vnb为n号蓄电池的低端电位。

其基本原理如下：运算放大器A构成了一个反向放大器，即：

运算放大器B构成一个加法器，即：

由式(2)可以看出，只要合理的选择Rn1、Rn2、Rn3、Rn4和Rn5的阻值，使其满足条件：

则式(2)可以化为：

从而实现了硬件的直接相减，避免了误差的累积。

4.2 元件参数的选择

通信用蓄电池通常由24节单体电压为2V的蓄电池组构成。其最高的共模电压可达60V左右，要将其移到2V左右的对地电压，并保证运算放大器的工作安全性。因此选择在25~35之间比较合适，考虑到电阻的热稳定性等其他因素，在这里我们选择Rn2、Rn3的电阻值为1.5kΩ，Rn1、Rn4和Rn5选择为50kΩ，同时由于在这个数量级的电阻难以保证较高的精度，因此应加入5kΩ的电位计加以调整。

5 蓄电池单体温度的测量

蓄电池体的温度是VRLA蓄电池的重要标志参数，对于蓄电池的剩余容量、工作寿命都有着重要的影响。蓄电池体温度的测量我们采用了Dallas公司的数字式温度传感器DS1620,它具有测温范围宽、读数稳定、与单片机接口方便等优点，其测温分辨率可达到0.50C,如果经过软件调整，还可以达到更高的精度0.10C,对于蓄电池单体电池温度的测量来说，十分适用。在此下文仅对软件实现0.10C精度的方法加以说明。

5.1 测温原理的进一步分析

要获得较高的测温方案，除了需要知道由DS1620直接读取的温度值以外，还必须知道该温度下计数器的值和该温度下每增加10C的计数值，后者可以从非线性累加器读入。非线性累加器电路用以补偿温度振荡器的非线性作用，它有助于获得较高的测温精度。

用单片机控制DS1620,将经过修正的温度直接读取值转换为十进制数(以0.50C为单位)，记为temp_read.同时，读取计数门关闭后保存在计数器中的值，记为count_remain.然后读取非线性累加器中的值，作为该温度下每摄氏度的计数值，记为count_per_c.以上几个参数确定以后，可以用下式计算得到精度为0.10C的实际温度T,即：