本发明属于cmos工艺集成电路领域，具体涉及一种多节锂电池组电压采样的电路。
背景技术：
现如今锂电池级联的应用越来越广泛，如何更有效的保护多节锂电池组一直在不断的研究与改进。而对于多节锂电池组的保护，电池电压采样电路尤为重要，只有更有效和精准的采集到各节电池电压，才能通过处理采集到的电池电压，从而更有效的保护多节锂电池组。
如图1所示为传统的多节锂电池组电池电压采样电路，该采样电路采用了n(n代表电池组的节数)路运算放大器组成的闭环放大电路，分别采样单体电池组对应的每节单体电池电压，并输出代表每节单体电池电压的采样电压von。采用图1所示的方案对多节锂电池组电压进行采样，使用了n个运算放大器同时工作，导致该采样电路较为复杂，需要更大的芯片面积，消耗更多的功耗。
如图2所示为另一传统的采用分时复用思想的多节锂电池电压采样电路，对于n节电池组，其使用了n个开关scn1-scnn一端分别连接每节电池的负向端，n个开关scn1-scnn另外一端连接电阻r1的一端，n个开关scp1-scpn一端分别连接每节电池的正向端，n个开关scp1-scpn另外一端连接电阻r2的一端，电阻r1的另外一端和运算放大器的负向输入端以及电阻r3的一端相连，r3的另外一端连接运算放大器的输出端，电阻r2的另外一端和运算放大器的正向输入端以及电阻r4的一端相连，r4的另外一端连接gnd端。其基本工作原理为：每一时刻依次闭合开关scn1-scnn和scp1-scpn，通过运算放大器、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4组成的采样电路，得到每节电池相对于gnd的电压，该电压经过后级电路去做进一步处理。该结构在电池组端使用了较多的开关，该开关的存在需要消耗更大的芯片面积。
因此，如何设计一种结构简单、低功耗、消耗更小资源的多节锂电池组电压采样电路一直都是个难点。
技术实现要素：
基于现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单，消耗更少资源的多节锂电池组电压采样电路。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种多节锂电池组电压采样电路，包括n节单体电池和n 1个开关sc0-scn；还包括开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及运算放大器a1，所述n 1个开关sc0-scn的一端连接所述n个单体电池，另一端连接所述电阻r1、电阻r2的一端；所述电阻r1另一端通过开关s1a连接运算放大器a1的正输入端，通过开关s2a连接运算放大器a1的负输入端；所述电阻r2另一端通过开关s3a连接运算放大器a1的正输入端，通过开关s4a连接运算放大器a1的负输入端；所述电阻r1另一端和电阻r2另一端分别连接电阻r3一端和电阻r4一端；所述电阻r3的另一端通过开关s1接地；所述电阻r3的另一端通过开关s2连接输出端vo；所述电阻r4的另一端通过开关s3接地；所述电阻r4的另一端通过开关s4连接输出端vo；运算放大器a1的输出端连接输出端vo。
本发明进一步的改进在于：所述开关sc0一端连接gnd和第一节单体电池cell1的负极，另一端连接节点va；
所述开关scx一端连接第x节单体电池cellx的正极和第x 1节单体电池cellx 1的负极，另外一端连接节点vb；
所述开关scy一端连接第y节单体电池celly的正极和第y 1节单体电池celly 1的负极，另外一端连接节点vb；
1≤x≤n，x为奇数；2≤y≤n，y为偶数；
节点va连接电阻r2一端；节点vb连接电阻r1一端。
本发明进一步的改进在于：n为奇数，第n-1个开关scn-1一端连接第n-1节单体电池的正极和第n节单体电池的负极，开关scn-1另外一端连接节点va，第n个开关scn一端连接第n节单体电池的正极，开关scn的另外一端连接节点vb。
本发明进一步的改进在于：n是偶数，第n-1个开关scn-1一端连接第n-1节单体电池的正极和第n节单体电池的负极，开关scn-1另外一端连接节点vb，第n个开关scn一端连接第n节单体电池的正极，开关scn的另外一端连接节点va。
本发明进一步的改进在于：对奇数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4导通，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3关断。
本发明进一步的改进在于：对偶数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4关断，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3导通。
本发明进一步的改进在于：通过切换开关管sc0-scn，使得多节锂电池组中的某一节单体电池与运放a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4组成的采样电路相连接，从而得到该节单体电池的电压。
本发明进一步的改进在于：电阻r1的阻值和电阻r2的阻值相等，均为rin，电阻r3的阻值和电阻r4的阻值相等，均为rf，开关sc0-scn的阻抗设为相等，均为rsc，开关s1、开关s2、开关s3和开关s4的阻抗设为相等，均为rsf，每个单体电池的电压vb通过开关sc0-scn、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a和开关s4a传递到运放a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4组成的放大电路得到的输出电压vo为：
本发明进一步的改进在于：
由此可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用分时复用的思想，只使用了一个运算放大器组成的放大电路进行电压采样，降低设计复杂度、节省了功耗以及占用资源小的特点。
2、本发明通过运算放大器端开关切换实现了只使用了n 1个开关管，对于n节的电池组的电压采样，同时一定程度上实现阻抗匹配，节省了芯片的面积。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有的一种常用电压检测原理图；
图2是现有的一种分时复用多节锂电池组电压采样电路原理图；
图3是本发明的多节锂电池组电压采样电路原理图；
图4是本发明所应用的7节锂电池组电压采样电路；
图5是本发明所应用的7节锂电池组电压采样电路中第一节单体电池电压采样的等效电路图。
图6是本发明所应用的7节锂电池组电压采样电路中第二节单体电池电压采样的等效电路图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如附图3所示是本发明的多节锂电池组电压采样电路原理图，本发明的多节锂电池组电压采样电路包括n节单体电池和n 1个开关sc0-scn，还包括开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及运算放大器a1，所述n 1个开关sc0-scn的一端连接所述n个单体电池，另一端连接所述电阻r1、电阻r2的一端，所述电阻r1、电阻r2的另一端连接所述开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a以及所述电阻r3、电阻r4的一端，所述开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a的另一端连接运算放大器a1，所述电阻r3的另一端连接所述开关s1、开关s2，所述电阻r4的另一端连接所述开关s3、开关s4。
通过控制n 1个开关sc0-scn和开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a的通断，可以选择具体的某一节锂电池进行电压采样。
在一个具体的实施例中，所述开关sc0一端连接gnd和第一节单体电池cell1的负极，另一端连接节点va，所述开关sc1一端连接第一节单体电池cell1的正极和第二节单体电池cell2的负极，另外一端连接节点vb，所述开关sc2一端连接第二节单体电池cell2的正极和第三节单体电池cell3的负极，另外一端连接节点vb，所述开关sc3一端连接第三节单体电池cell3的正极和第四节单体电池cell4的负极，另外一端连接节点va，所述开关sc4一端连接第四节单体电池cell4的正极和第五节单体电池cell5的负极，另外一端连接节点vb，依此类推。
通过这种方式，将相互间隔一个锂电池的每一个锂电池的负极连接的开关连接到同一个节点，相互间隔一个锂电池的每一个锂电池的正极连接的开关连接到另一个节点，通过控制开关通断可以选择具体的锂电池进行采样，并且只需要设置一个运算放大器，无需设置多个运算放大器，节省了器件，也可以节省芯片面积。
在一个具体的实施例中，若电池组所含的单体电池数目是奇数，则第n-1个开关scn-1一端连接第n-1节单体电池的正极和第n节单体电池的负极，开关scn-1另外一端连接节点va，第n个开关scn一端连接第n节单体电池的正极，开关scn的另外一端连接节点vb；若电池组所含的单体电池数目是偶数，则第n-1个开关scn-1一端连接第n-1节单体电池的正极和第n节单体电池的负极，开关scn-1另外一端连接节点vb，第n个开关scn一端连接第n节单体电池的正极，开关scn的另外一端连接节点va。
在一个具体的实施例中，所述电阻r1一端连接节点vb，所述电阻r1的另一端与所述开关s1a的一端、开关s2a的一端以及电阻r3的一端连接在一起，开关s1a的另外一端连接到运算放大器a1的正向输入端，开关s2a的另外一端连接到运算放大器a1的负向输入端，所述电阻r2一端连接节点va，电阻r2的另一端与开关s3a的一端、开关s4a的一端以及电阻r4的一端连接在一起，开关s3a的另外一端连接到运算放大器a1的正向输入端，开关s4a的另外一端连接到运算放大器a1的负向输入端，电阻r3的另一端连接开关s1的一端和开关s2的一端，电阻r4的另外一端连接开关s3的一端和开关s4的一端，开关s1的另外一端和开关s3的另外一端连接到gnd，开关s2的另外一端和开关s4的另外一端连接到输出端vo。通过切换不同的开关可以使锂电池的正极连接至运算放大器a1的正向输入端，负极连接至运算放大器的负向输入端，从而实现锂电池电压的采样。
在一个具体的实施例中，当对奇数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4导通，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3关断；当对偶数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4关断，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3导通。同样地，通过这种选通方式实现锂电池电压的采样。采用分时复用的思想，每一时刻，通过切换开关管sc0-scn、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a，多节锂电池组中的某一节单体电池与运放a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4组成的采样电路相连接，从而得到每节的电池的电压vo，从而节省功耗以及减小芯片资源。
以7节锂电池构成的电池组为例进行说明，如附图4所示为7节锂电池组电压采样电路，其包括开关sc0、开关sc1、开关sc2、开关sc3、开关sc4、开关sc5、开关sc6、开关sc7、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及运算放大器a1，各零部件的连接关系如附图4所示。
其中，开关sc0一端连接gnd和第一节单体电池cell1的负极，另一端连接节点va，开关sc1一端连接第一节单体电池cell1的正极和第二节单体电池cell2的负极，另外一端连接节点vb，开关sc2一端连接第二节单体电池cell2的正极和第三节单体电池cell3的负极，另外一端连接节点vb，开关sc3一端连接第三节单体电池cell3的正极和第四节单体电池cell4的负极，另外一端连接节点va，开关sc4一端连接第四节单体电池cell4的正极和第五节单体电池cell5的负极，另外一端连接节点vb，开关sc5一端连接第五节单体电池cell5的正极和第六节单体电池cell6的负极，另外一端连接节点vb，开关sc6一端连接第六节单体电池cell6的正极和第七节单体电池cell7的负极，另外一端连接节点vb，开关sc7一端连接第七节单体电池cell7的正极，另外一端连接节点vb。电阻r1一端连接节点vb，电阻r1的另一端与开关s1a的一端、开关s2a的一端以及电阻r3的一端连接在一起，开关s1a的另外一端连接到运放的正向输入端，开关s2a的另外一端连接到运放的负向输入端，电阻r2一端连接节点va，电阻r2的另一端与开关s3a的一端、开关s4a的一端以及电阻r4的一端连接在一起，开关s3a的另外一端连接到运放的正向输入端，开关s4a的另外一端连接到运放的负向输入端，电阻r3的另一端连接开关s1的一端和开关s2的一端，电阻r4的另外一端连接开关s3的一端和开关s4的一端，开关s1的另外一端和开关s3的另外一端连接到gnd，开关s2的另外一端和开关s4的另外一端连接到输出端vo。
所述电路中电阻r1的阻值和电阻r2的阻值相等，均为rin，电阻r3的阻值和电阻r4的阻值相等，均为rf，开关sc0-sc7的阻抗设为相等，均为rsc，开关s1、开关s2、开关s3和开关s4的阻抗设为相等，均为rsf，每个单体电池的电压vb通过开关sc0-scn、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a和开关s4a传递到运放a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4组成的放大电路得到的输出电压vo为：
若要实现电池电压1:1采样，则需要使得：
则：
vo＝vb
即通过合理的设计开关管阻抗，可以得到满足所需的电池电压采样值，供后续电路处理使用。
当对奇数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4导通，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3关断。如图5所示为第一节单体电池电压采样的等效图电路，通过运放和电阻组成的采样电路得到代表第一节单体电池电压的采样电压vo。
当对偶数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4关断，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3导通。如图6所示为第二节单体电池电压采样的等效电路图，通过运放和电阻组成的采样电路得到代表第二节单体电池电压的采样电压vo。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
1.一种多节锂电池组电压采样电路，包括n节单体电池和n 1个开关sc0-scn；其特征在于，还包括开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a、开关s4a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及运算放大器a1，所述n 1个开关sc0-scn的一端连接所述n个单体电池，另一端连接所述电阻r1、电阻r2的一端；所述电阻r1另一端通过开关s1a连接运算放大器a1的正输入端，通过开关s2a连接运算放大器a1的负输入端；所述电阻r2另一端通过开关s3a连接运算放大器a1的正输入端，通过开关s4a连接运算放大器a1的负输入端；所述电阻r1另一端和电阻r2另一端分别连接电阻r3一端和电阻r4一端；所述电阻r3的另一端通过开关s1接地；所述电阻r3的另一端通过开关s2连接输出端vo；所述电阻r4的另一端通过开关s3接地；所述电阻r4的另一端通过开关s4连接输出端vo；运算放大器a1的输出端连接输出端vo。
2.如权利要求1所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，所述开关sc0一端连接gnd和第一节单体电池cell1的负极，另一端连接节点va；
所述开关scx一端连接第x节单体电池cellx的正极和第x 1节单体电池cellx 1的负极，另外一端连接节点vb；
所述开关scy一端连接第y节单体电池celly的正极和第y 1节单体电池celly 1的负极，另外一端连接节点vb；
1≤x≤n，x为奇数；2≤y≤n，y为偶数；
节点va连接电阻r2一端；节点vb连接电阻r1一端。
3.如权利要求2所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，n为奇数，第n-1个开关scn-1一端连接第n-1节单体电池的正极和第n节单体电池的负极，开关scn-1另外一端连接节点va，第n个开关scn一端连接第n节单体电池的正极，开关scn的另外一端连接节点vb。
4.如权利要求2所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，n是偶数，第n-1个开关scn-1一端连接第n-1节单体电池的正极和第n节单体电池的负极，开关scn-1另外一端连接节点vb，第n个开关scn一端连接第n节单体电池的正极，开关scn的另外一端连接节点va。
5.如权利要求1所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，对奇数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4导通，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3关断。
6.如权利要求1所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，对偶数节的单体锂电池电压采样时，开关s1、开关s1a、开关s4a、开关s4关断，同时开关s2、开关s2a、开关s3a、开关s3导通。
7.如权利要求1所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，通过切换开关管sc0-scn，使得多节锂电池组中的某一节单体电池与运放a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4组成的采样电路相连接，从而得到该节单体电池的电压。
8.如权利要求1所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，电阻r1的阻值和电阻r2的阻值相等，均为rin，电阻r3的阻值和电阻r4的阻值相等，均为rf，开关sc0-scn的阻抗设为相等，均为rsc，开关s1、开关s2、开关s3和开关s4的阻抗设为相等，均为rsf，每个单体电池的电压vb通过开关sc0-scn、开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s1a、开关s2a、开关s3a和开关s4a传递到运放a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4组成的放大电路得到的输出电压vo为：
9.如权利要求8所述的一种多节锂电池组电压采样电路，其特征在于，
