锂电池电源的设计

跟着锂电池的快速发展，锂电池模仿器开端被研讨人员提出，并进行了深化的研讨。模仿锂电池不同的特性，比方放电电流巨细不同、容量不同，锂电池模仿器计划就会有所改动。现在，锂电池模仿器中现有两种计划，一种是数字电压源结构模仿计划和三相电压型脉冲宽度调整变换结构模仿计划。由于锂电池的动态呼应特性要求较高，不能够运用一般的直流电源所代替。为完结锂电池模仿器中的输出电压能够准确操控，一起具有较快的呼应速度，文平[1]采用具有与众不同的适应性与灵活性的数字电压源[2]结构模仿计划。此结构的主电路中重要器材包含操控器、转换器、功率扩大器。规划出的锂电池模仿器能够完结电池模仿，其动态特性能满足对电池的要求。为完结高精度，低差错，在阶跃、负载改动等暂态进程中能够快速呼应，一起还能供给大功率的电池模仿，谢俊文和赵轩等[3，4]选取三相电压型脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）变换结构模仿计划。

数字电压源结构模仿计划运用了当时很流行的操控器策略，但关于锂电池来讲，电池放电仅仅其作业的一部分，还有一部分的作业是充电。运用此计划无法完结电池充电模仿。三相电压型PWM变换结构模仿计划首要针对的是三相交流电供给电能的大容量储能电池的模仿，一般运用于电站、充电桩等，但关于小功率电池的模仿，并不适用。在针对便携式设备（智能手机）的锂电池模仿时，此类电池是属于小功率电池，要求电能质量高，为完结充放电特性，以上两种计划都不合适。因而本文提出了一种功放型推挽式线性结构模仿计划。

1体系原理

功放型推挽式线性结构模仿计划如图1所示，辅助电源未画出，其首要作用是为各类芯片供电。该结构计划首要包含充电回路和放电回路。放电回路包含电压操控电路、检测电路、驱动电路和调整管T1；充电回路包含电流操控电路、检测电阻、检测电路、驱动电路和调整管T2。充放电功用是两种作业形式，并不是并行一起作业，而是独自作业。推挽式结构[5]的作用是能够完结能量的双向活动，从而完结充放电功用。其间调整管是作业在线性状态[6]，并非开关状态[7，8]。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

2电路规划

2.1叠加电路

主电路选用不同沟道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，由于其能够接受较大的电压和电流。主电路如图2所示。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

主电路是采用B类推挽式功率扩大电路的结构。这个结构能够完结锂电池的充电和放电两种功用。当锂电池模仿器作业在放电回路时，即输出外接便携式设备，作为供电电源时，N沟道场效应管Q1作业在线性区，P沟道场效应管Q2关断。当锂电池模仿器作业在充电回路时，即输出外接直流电源，N沟道场效应管Q1关断，P沟道场效应管Q2作业在线性区。

MOSFET的驱动器运用的是LT1166芯片。它是一种用于在大功率扩大器中操控AB类输出电流的偏置生成体系芯片。LT1166十分合适驱动功率MOSFET器材，由于它消除了所有静态电流调整和临界晶体管匹配，一起消除了静态点的热失控，由于偏置体系经过运用小阻值的电阻器检测每个功率晶体管中的电流。高速调理器回路操控施加到每个功率器材的驱动量。

2.2采样电路

电压采样电路运用的是差分电路，如图3所示。差分电路端接负载两头，丈量的是负载两头的电压值。电流采样电路稍微有些不同，扩大倍数不同，一起丈量的是检测电阻两头的电压值。

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2.3电压操控电路

电压操控电路首要包含电压设定电路和差错扩大器电路。

电压基准设定如图4所示，挑选的是ADR系列的芯片，这类芯片是精密类电压基准，挑选的是ADR02，输入7～40V，安稳输出是5V。后经过三端电阻分压，方便调理输出设定值，后连接电压跟从器，最终接反相份额扩大器。改动可调电阻R21的阻值巨细，能够完结输出设定值-5V～0V。辅助电源接入ADR芯片的输入端。挑选ADR02芯片的原因是随温度改动电压改动较小，输入电压范围宽，输出电压准确，差错较低。电流基准设定和电压稍微有些不同，挑选的是ADR01，安稳输出是10V，最终输出设定值为-10V～0V。

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差错扩大器电路如图5所示。由于高精度的运放具有高输入阻抗，对差分输入信号的增益很大，流入运放的电流为零。由基尔霍夫第一定律，采样值Vc和输出设定值Vs之间的差错值Ve经过核算能够得到式(1)、式(2)。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

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经过式(3)，由于采样值为正值，输出设定值为负值，其与采样值之和，得到了两者的差值。假如差值不为0，差值的巨细将会改动后级差错扩大器的输出，从而改动调整管的栅极电压，最终完结输出电压值与输出设定值巨细共同，符号相反。

2.4PID调理规划

在不加任何调理环节时，差错扩大器的增益十分高。无内部补偿的或外部补偿的差错扩大器在没加上外部安稳元件时都是不安稳的。在补偿电路的挑选中，选用积分环节时，即R3和C1串联。电路在负载巨细改动时，输出电压安稳时刻长，波动起伏较大。电压设定值是接入反相电路之前的电压值，其符号为正。电压设定巨细为5V时，当负载阻值在设定时刻内从1kΩ切换到10Ω时，运用LTspice软件仿真输出电压成果如图6所示。从图中能够看出电压从5V下降到了3.7V，这样的压降远远超出了锂电池的压降要求，电压安稳时刻较长。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

经过修正，最终挑选的是TypeII型补偿电路[9，10]，即在份额积分电路基础上并联上C2，如图7所示。其电路补偿特点是发生一个初始极点，一个极点和一个零点。输出电压便有了较优的改进。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

运用LTspice软件仿真电路，电压设定值巨细为5V，负载巨细从1kΩ切换到10Ω时，输出电压仿真成果如图8所示。电压从5V下降到了4.9V，电压下降起伏明显减小，且消除了过冲进程。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

3实验成果分析

什物中的电压设定值为5V时，空载时，电压上升瞬间和电压下降瞬间的呼应时刻如图9所示。

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什物中的设定电压值为4V时，负载接入4Ω电阻时，输出电流巨细为1A，电压上升和下降时的呼应时刻如图10所示。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

经过图9和图10比照能够看到，空载和带载时负载端电压上升和下降时的呼应时刻根本共同，均在50μs以内，输出电压呼应速度不受负载阻值巨细的影响。

规划的高速电源什物模仿电池进行放电输出时，电压采样倍数为1倍，输出电压成果如表1所示。接入反相电路之前的电压值作为设定值，其符号为正。设定值与电压实际输出值相差极小，满足了高精度的要求。

关于用于锂电池模仿的高速电源规划

采样检测电阻为0.04Ω，采样倍数为100倍，外接5V电源。电流改动输出成果如表2所示。接入反相电路之前的电压值作为设定值，其符号为正。采样电阻上的实测电压值和设定值相差极小，一起也满足了高精度的要求。

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4定论

经什物测验验证，规划的高速高精度电源运用一种功放型推挽式线性计划完结了模仿锂电池的充放电功用，其参数精度高，便于调理，适用于不同型号的锂电池模仿。其放电时电压上升和电压下降呼应速度均在50μs以内，极合适应用于锂电池的测验。