用于锂电池模拟的高速电源设计

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1、用于锤电池模拟的高速电源设计随着锂电池的快速发展，锂电池模拟器开始被研究人员提出，并进行了深入的研究。模拟锂电池不冋的特性，比如放电电流大小不同、容量不同，锂电池模拟器方案就会有所改变。目前，锂电池模拟器屮现有两种方案，一种是数字电压源结构模拟方案和三相电压型脉冲宽度调整变换结构模拟方案。因为锂电池的动态响应特性耍求较高，不可以使用普通的直流电源所替代。为实现锂电池模拟器中的输出电压能够精确控制，同时-A有较快的响应速度，文平采用具有与众不同的适应性与灵活性的数字电压源结构模拟方案。此结构的主电路中重要器件包括控制器、转换器、功率放人器。设计出的锂电池模拟器能够完成电池模

2、拟，其动态特性能满足对电池的要求。为实现高精度，低误差，在阶跃、负载变化等暂态过程中能够快速响应，同时还能提供大功率的电池模拟，谢俊文和赵轩等选取三相电压型脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)变换结构模拟方案。数字电压源结构模拟方案使用了当前很流行的控制器策略，但对于锂电池来讲，电池放电只是其工作的一部分，还有一部分的工作是充电。运用此方案无法实现电池充电模拟。三相电压型PWM变换结构模拟方案主要针对的是三相交流电提供电能的大容量储能电池的模拟，一般使用于电站、充电桩等，但对于小功率电池的模拟，并不适用。在针对便携式设备(智能手机)的锂电池模拟

3、时，此类电池是属于小功率电池，要求电能质量高，为实现充放电特性，以上两种方案都不适合。因此本文提出了一种功放型推挽式线性结构模拟方案。功放型推挽式线性结构模拟方案如阁1所示，辅助电源未画出，其主要作用是为各类芯片供电。该结构方案主要包括充电回路和放电回路。放电Ini路包括电压控制电路、检测电路、驱动电路和调整管T1;充电回路包括电流控制电路、检测电阻、检测电路、驱动电路和调整管T2。充放电功能是两种工作模式，并不是并行同时工作，而是单独工作。推挽式结构的作用是可以实现能量的双向流动，从而实现充放电功能。其中调整管是工作在线性状态，并非开关状态。1叠加电路主电路选用不同沟道

4、的增强型金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semicon-ductorField-EffectTransistor,MOSFET)作为调整管，因为其可以承受较大的电压和电流。主电路如图2所示。主电路是采用B类推挽式功率放大电路的结构。这个结构能够实现锂电池的充电和放电两种功能。当锂电池模拟器工作在放电回路时，即输出外接便携式设备，作为供电电源吋，N沟道场效应管Cbl作在线性区，P沟道场效成管Q2关断。当锂电池模拟器工作在充电回路时，即输出外接直流电源，N沟道场效应管。关断，P沟道场效应管Q2工作在线性区。MOSFET的驱动器使用的是LT1166芯片。它

5、是一种用于在大功率放大器中控制AB类输出电流的偏罝生成系统芯片。LT1166非常适合驱动功率MOSFET器件，因为它消除了所有静态电流调整和临界晶体管匹配，同时消除了静态点的热失控，因为偏置系统通过使用小阻值的电阻器检测每个功率晶体管中的电流。高速调节器回路控制施加到每个功率器件的驱动量。2采样电路电压采样电路使用的是差分电路，如图3所示。差分电路端接负载两端，测量的是负载两端的电压值。电流采样电路稍微有些不同，放大倍数不同，同时测量的是检测电阻两端的电压值。3电压控制电路电压控制电路主耍包括电压设定电路和误差放大器电路。电压基准设定如图4所示，选择的是ADR系列的芯片，

6、这类芯片是精密类电压基准，选择的是ADR02,输入7〜40V,稳定输岀是5V。后通过三端电阻分压，方便调节输出设定值，后连接电压跟随器，最后接反相比例放大器。改变可调电阻R21的阻值大小，可以实现输出设定值-5V〜0V。辅助电源接入ADR芯片的输入端。选择ADR02芯片的原因是随温度变化电压变化较小，输入电压范围宽，输出电压精确，误差较低。电流基准设定和电压稍微有些不同，选择的是ADR01,稳定输出是10V,最后输出设定值为-10V〜0V。误差放大器电路如图5所示。因为高精度的运放具有高输入阻抗，对差分输入信号的増益很大，流入运放的电流为零。由基尔霍夫第一定律，采样值Vc

7、和输出设定值Vs之间的误差值Ve通过计算可以得到式(1)、式(2)。通过式(3),因为采样值为正值，输出设定值为负值，其与采样值之和，得到了两者的差值。如果差值不为0,差值的大小将会改变后级误差放大器的输岀,进而改变调整管的栅极电压，最后实现输出电压值与输出设定值大小一致，符号相反。4PID调节设计在不加任何调节环节时，误差放大器的增益非常高。无内部补偿的或外部补偿的误差放大器在没加上外部稳定元件时都是不稳定的。在补偿电路的选择中，选用积分环节吋，即久和G串联。电路在负载大小变化吋，输出电压稳定吋间长，波动幅度较大。电压设定值