并联稳压器设计采用MAX8515并联稳压器和一对双极型功率晶体管(选择该稳压器时考虑了其内部基准电压的精度),大电流TIP35晶体管安装在能够耗散25W热量的散热器上。
MAX4163双运放的其中一个放大器用来对充电电流积分,另一个放大器对电流测量信号进行放大和偏置。该运算放大器具有较高的电源抑制比,并可支持满摆幅输入/输出范围,简化了两种功能电路的设计。注意,与电池仿真器正端串联的0.100Ω电流检测电阻同时也作为电池内阻。
在具有自动测试-数据采集功能的系统内工作时,可用外部信号将仿真电池复位到完全放电状态。另外,手动操作测试设置时,可用按键复位。
利用单刀单掷开关可以选择仿真电池的两种工作模式。掷向A端时,实现积分充电仿真器,如上所述。掷向B端时,仿真器将设定在某一固定的直流工作点对充电器进行现场测试时的输出电压和吸电流。为实现这一功能,“设置”电压可通过改变50kΩ可变电阻,在2.75V至5.75V之间手动调整。这些设置电压值与内部吸入电流有关。仿真器端实测电压(VBATT)等于设定电压加上吸电流流经仿真电池内阻(0.100Ω电阻)产生的压降。仿真电路工作时的电源取自电池充电器输出。
仿真电路的性能
图3为模拟锂离子电池充电至4.2V时获得的典型V-I波形。从图中可以看出两个测试过程:一个是以1A初始快充电流充电(曲线B和D),另一个是以2A快充电流充电(曲线A和C)。这两种情况下,首先进入CC阶段充电,直到电池电压达到终止电压4.2V。在此之后,电流呈指数衰减,而仿真电池的电压保持不变。充电电流为2A时到达终止电压所需的时间更短,与预期设计相同。然而,请注意,电流加倍不会使充电时间减半,只会使到达CV模式的时间减半,与真实电池负载的测试情况一样。
图4为两个不同设置电压:3V和4.1V时的吸电流V-I曲线。两个曲线的动态电阻(用斜率表示)仅仅是由0.100Ω电阻模拟的电池内阻。
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图3 根据图2电池仿真电路绘制出的图形,快速充电波形表明两种条件下电池充电器的工作情况,分别是:CC阶段提供1A (曲线B和D)和2A (曲线A和C)充电电流
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图4 图2电路在电压为4.1V (上部曲线)和3V (下部曲线)时的吸入电流,两种情况下斜率均代表0.1Ω内阻
结语
由于锂离子电池充电过程需要一小时或更长时间,利用实际负载测试锂电池充电器将非常耗时,而且往往不切实际。为了加快电池充电器测试,本文介绍了一个简单电路,用来模拟锂离子电池。该电路提供了一个不使用实际电池对锂电池充电器进行测试的有效手段。