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電池測試設(shè)備 (Battery Tester) --- 功率變換篇

發(fā)布時間:2020-10-01 來源:Stanley Ho 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著鋰電池行業(yè)的興起,電池測試設(shè)備的市場也變得龐大,其主要應(yīng)用于3C電池與動力電池的化成分容。3C電池的串?dāng)?shù)少,實(shí)際使用對每串電池要求的一致性不高,而動力電池由于串?dāng)?shù)高達(dá)數(shù)百串,并且使用環(huán)境相對極端,為保證較長的使用壽命,相比3C電池在一致性上要求高的多,因此電池在分容中要求的電流精度較高,目前按照市場要求,保持0.02%的要求是電池測試設(shè)備生產(chǎn)商面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),為了爭取更高的市場份額,對精度以及效率,功率密度等其他性能的追求也從未停歇。
 
需要知道的是在電池設(shè)備中,主要分為三大部分,分別為雙向AC-DC電能變換,數(shù)據(jù)處理單元,以及電池測試單元。本文主要剖析實(shí)現(xiàn)電池化成分容技術(shù)要點(diǎn)緊密相關(guān)的電池測試單元的功率變換部分。
 
功率變換
 
電池測試單元的功率部分主要包括模擬控制器,半橋驅(qū)動,MOSFET,輸入輸出保護(hù)器。電能變換拓?fù)渥畛S玫木褪前霕蛘鞯腂uck/Boost變換電路,主要是因?yàn)殡娐方Y(jié)構(gòu)簡單,控制也不復(fù)雜,同時能滿足目前市面上低至0.5A或者更小以及高至上百安培的輸出電流的應(yīng)用場合,不同的是在大電流應(yīng)用場合,為了保證良好的散熱性能并減小體積,多采用多相Buck/Boost并聯(lián)的方式,無論單相還是兩相甚至多相,不變的是控制方案。
 
TL594分立方案
 
目前比較成熟的方案是TL594的模擬分立方案,德州儀器在之前推出過TL594方案的TI Design,如圖1所示,該方案成熟穩(wěn)定,且有性價比優(yōu)勢。
 
電池測試設(shè)備 (Battery Tester) --- 功率變換篇
圖1 TI Design框圖
 
半橋驅(qū)動器
 
當(dāng)測試單元的輸出電流在10A左右或以內(nèi)時,驅(qū)動能力要求不大的條件下一般1A左右即可滿足要求,使用較為常見的有LM5109B和LM5106,表1。
 
當(dāng)輸出電流在幾十上百安時,考慮MOSFET的快速切換所需要的驅(qū)動電流,UCC27282目前驅(qū)動電流2.5A source/3.5A sink電流,且HS能承受的負(fù)壓較大,可靠性較高,因?yàn)槠渚哂械膇nterlock的功能,所以不會變換器半橋節(jié)點(diǎn)的di/dt的干擾而出現(xiàn)半橋直通的情況。
 
表1:驅(qū)動器
電池測試設(shè)備 (Battery Tester) --- 功率變換篇
 
LM5060與LM5069實(shí)現(xiàn)功率接口的保護(hù)器
 
當(dāng)電池充電時,系統(tǒng)如果沒有電流防倒灌保護(hù),被測試電池將放電,會產(chǎn)生不可靠的的系統(tǒng)啟動動作,同時在系統(tǒng)過壓過流欠壓保護(hù)時,如果只有主電路MOSFET關(guān)閉,電池仍然有電流倒灌的路徑,因此附加輸入輸出接口保護(hù)器尤為重要。LM5060與LM5069適用于輸入輸出的接口的欠壓,過壓,浪涌電流等保護(hù),參數(shù)如表2所示。
 
表2:負(fù)載開關(guān)參數(shù)表
電池測試設(shè)備 (Battery Tester) --- 功率變換篇
 
LM5170-Q1集成方案
 
當(dāng)電流較大,需要使用多相交錯并聯(lián),而一顆TL594只能控制一相功率變換電流,同時需要外部給定給TL594同步信號,多相并聯(lián)增加了TL594分立元件方案復(fù)雜度。LM5170-Q1的方案內(nèi)部含有兩路控制環(huán)路,既可獨(dú)立工作也可以交錯并聯(lián),且集成過壓過流欠壓等保護(hù),支持二極管仿真模式,同時也有防電流倒灌的保護(hù)電路。圖2為兩路并聯(lián)的典型應(yīng)用方案TI Design: TIDA-01041,輸出電流最大100A,且具有0.02%的電流精度與0.1%的電壓精度。
 
電池測試設(shè)備 (Battery Tester) --- 功率變換篇
圖2: TIDA-01041
 
LM5170-Q1方案的優(yōu)勢在于不僅為信號鏈的設(shè)計(jì)留出了可自由拓展的空間,且集成度較高,為功率變換MOSFET的散熱提供了較大的空間。ti.com提供幾種不同電流大小的參考設(shè)計(jì)TID-A01041,TIDA-01042。
 
參考文獻(xiàn):
 
●   PMP40182: 雙向電池初始化系統(tǒng)電源板參考設(shè)計(jì)
●   TIDA-01041: 用于多相高精度 0.5 至 100A 電池化成的電池測試儀參考設(shè)計(jì)
●   TIDA-01042: 適用于 50A、100A 和 200A 應(yīng)用的模塊化電池測試儀參考設(shè)計(jì)
●   電池測試設(shè)備-參考設(shè)計(jì)及 產(chǎn)品
 
 
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