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亚虎国际学术论文用于锂电池模仿的高速电源设

文字:[大][中][小] 发布时间:2018-01-09  浏览次数:

  亚虎国际跟着锂电池的快速成长,锂电池模仿器起头被研究人员提出,并进行了深切的研究。模仿锂电池分歧的特征,好比放电电流大小分歧、容量分歧,锂电池模仿器方案就会有所改变。目前,锂电池模仿器中现有两种方案,一种是数字电压源布局模仿方案和三相电压型脉冲宽度调整变换布局模仿方案。由于锂电池的动态响应特征要求较高,不克不及够利用通俗的曲流电源所替代。为实现锂电池模仿器中的输出电压可以或许切确节制,同时具有较快的响应速度,文平采器具有异乎寻常的顺应性取矫捷性的数字电压源布局模仿方案。此布局的从电中主要器件包罗节制器、转换器、功率放大器。设想出的锂电池模仿器可以或许完成电池模仿,其动态特机能满脚对电池的要求。为实现高精度,低误差,正在阶跃、负载变化等暂态过程中可以或许快速响应,同时还能供给大功率的电池模仿,谢俊文和赵轩等拔取三相电压型 脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)变换布局模仿方案。

  数字电压源布局模仿方案利用了当前很风行的节制器策略,但对于锂电池来讲,电池放电只是其工做的一部门,还有一部门的工做是充电。使用此方案无法实现电池充电模仿。三相电压型PWM变换布局模仿方案次要针对的是三订交流电供给电能的大容量储能电池的模仿,一般利用于电坐、充电桩等,但对于小功率电池的模仿,并不合用。正在针对便携式设备(智妙手机)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,为实现充放电特征,以上两种方案都不适合。因而本文提出了一种功放型推挽式线性布局模仿方案。

  功放型推挽式线所示,辅帮电源未画出,其次要感化是为各类芯片供电。该布局方案次要包罗充电回和放电回。放电回包罗电压节制电、检测电、驱动电和调整管T1;充电回包罗电流节制电、检测电阻、检测电、驱动电和调整管T2。充放电功能是两种工做模式,并不是并行同时工做,而是零丁工做。推挽式布局的感化是能够实现能量的双向流动,从而实现充放电功能。此中调整管是工做正在线性形态,并非开关形态。

  从电选用分歧沟道的加强型金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semicon-

  从电是采用B类推挽式功率放大电的布局。这个布局可以或许实现锂电池的充电和放电两种功能。当锂电池模仿器工做正在放电回时,即输出外接便携式设备,做为供电电源时,N沟道场效应管Q1工做正在线性区,P沟道场效应管Q2关断。当锂电池模仿器工做正在充电回时,即输出外接曲流电源,N沟道场效应管Q1关断,P沟道场效应管Q2工做正在线性区。

  MOSFET的驱动器利用的是LT1166芯片。它是一种用于正在大功率放大器中节制AB类输出电流的偏置生成系统芯片。LT1166很是适合驱率MOSFET器件,由于它消弭了所有静态电流调整和临界晶体管婚配,同时消弭了静态点的热失控,由于偏置系统通过利用小阻值的电阻器检测每个功率晶体管中的电流。高速调理器回节制到每个功率器件的驱动量。

  电压采样电利用的是差分电,如图3所示。差分电端接负载两头,丈量的是负载两头的电压值。电流采样电稍微有些分歧,放大倍数分歧,同时丈量的是检测电阻两头的电压值。

  电压基准设定如图4所示,选择的是ADR系列的芯片,这类芯片是细密类电压基准,选择的是ADR02,输入7~40 V,不变输出是5 V。后通过三端电阻分压,便利调理输出设定值,后毗连电压跟从器,最初接反比拟例放大器。改变可调电阻R21的阻值大小,能够实现输出设定值-5 V~0 V。辅帮电源接入ADR芯片的输入端。选择ADR02芯片的缘由是随温度变化电压变化较小,输入电压范畴宽,输出电压切确,误差较低。电流基准设定和电压稍微有些分歧,选择的是ADR01,不变输出是10 V,最初输出设定值为-10 V~0 V。

  误差放大器电如图5所示。由于高精度的运放具有高输入,对差分输入信号的增益很大,流入运放的电流为零。由基尔霍夫第必然律,采样值Vc和输出设定值Vs之间的误差值Ve通过计较能够获得式(1)、式(2)。

  通过式(3),由于采样值为正值,输出设定值为负值,其取采样值之和,获得了两者的差值。若是差值不为0,差值的大小将会改变后级误差放大器的输出,进而改变调整管的栅极电压,最初实现输出电压值取输出设定值大小分歧,符号相反。

  正在不加任何调理环节时,误差放大器的增益很是高。无内部弥补的或外部弥补的误差放大器正在没加上外部不变元件时都是不不变的。正在弥补电的选择中,选用积分环节时,即R3和C1。电正在负载大小变化时,输出电压不变时间长,波动幅度较大。电压设定值是接入反相电之前的电压值,其符号为正。电压设定大小为5 V时,当负载阻值正在设按时间内从1 kΩ切换到10 Ω时,使用LTspice软件仿线所示。从图中能够看出电压从5 V降低到了3.7 V,如许的压降远远超出了锂电池的压降要求,电压不变时间较长。

  通过批改,最终选择的是Type II型弥补电,即正在比例积分电根本上并联上C2,如图7所示。其电弥补特点是发生一个初始顶点,一个顶点和一个零点。输出电压便有了较优的改善。

  使用LTspice软件仿实电,电压设定值大小为5 V,负载大小从1 kΩ切换到10 Ω时,输出电压仿线 V,电压降低幅度较着减小,且消弭了过冲过程。

  实物中的设定电压值为4 V时,负载接入4 Ω电阻时,输出电流大小为1 A,电压上升和下降时的响应时间如图10所示。

  通过图9和图10对比能够看到,空载和带载时负载端电压上升和下降时的响应时间根基分歧,均正在50 μs以内,输出电压响应速度不受负载阻值大小的影响。

  设想的高速电源实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。接入反相电之前的电压值做为设定值,其符号为正。设定值取电压现实输出值相差极小,满脚了高精度的要求。

  采样检测电阻为0.04 Ω,采样倍数为100倍,外接5 V电源。电流变化输出成果如表2所示。接入反相电之前的电压值做为设定值,其符号为正。采样电阻上的实测电压值和设定值相差极小,同时也满脚了高精度的要求。

  经实物测试验证,设想的高速高精度电源使用一种功放型推挽式线性方案实现了模仿锂电池的充放电功能,其参数精度高,便于调理,合用于分歧型号的锂电池模仿。其放电时电压上升和电压下降响应速度均正在50 μs以内,极适合使用于锂电池的测试。