動力鋰電池組充電管理電路設計方案

2 系統(tǒng)設計及分析

2. 1 系統(tǒng)整體結構

如圖2 系統(tǒng)框圖所示，工頻交流電通過開關電源轉化為18 V/ 5 A 的直流電輸出給升壓電路，升壓電路根據(jù)CPU 的控制信號為電池組充電提供一定的充電電流，電壓監(jiān)控電路將電池的實時電壓情況反饋給CPU ,CPU 通過升壓電路實現(xiàn)對電池組整體充電電壓、電流的控制。通過均衡電路實現(xiàn)各個單體電池充電速率調(diào)整，以保證整個電池組充電的一致性。

圖2 系統(tǒng)整體框圖

2. 2 升壓電路

電能的輸入轉化環(huán)節(jié)由開關電源電路和調(diào)壓電路兩部分組成。開關電源將輸入的工頻交流電轉化為18V/ 5 A 直流電輸出。由于當前開關電源技術已經(jīng)相當成熟，在此就不再贅述。

升壓電路的作用是將開關電源輸出的直流電調(diào)節(jié)轉化為電池組充電所要求的電壓、電流，并能夠根據(jù)充電狀態(tài)對輸出電壓、電流進行實時調(diào)節(jié)。

升壓電路如圖3 所示。

圖3 升壓電路

其中R1 、R2 、Q1 構成電源反接保護電路，Q5 是整個升壓電路的開關，Q2 、Q4 、U1 構成場效應管Q3 驅動級電路，Q3 、L1 、D1 、C4 、C5 構成BOOST 升壓調(diào)節(jié)電路，R9 、R10 、C6 為電壓采樣電路。

在充電器正常工作時，開關電源的正負極輸出分別接到DC+ ,DC- ,開關管Q5 關斷。CPU 根據(jù)電池監(jiān)控電路反饋的電壓計算出的PWM 占空比，輸出相應的調(diào)制信號。PWM 調(diào)制信號經(jīng)過驅動級放大調(diào)整，控制Q3 開關狀態(tài)，以產(chǎn)生所需要的輸出電壓。

由于穩(wěn)態(tài)條件下，電感兩端電壓在一個開關周期內(nèi)的平均值為零。可得：

其中，UL 為電感兩端電壓在一個開關周期內(nèi)的平均值;U0 為輸出電壓;Ui 為輸入電壓;T 為開關周期;ton為Q3 處于通態(tài)的時間;toff 為Q3 處于斷態(tài)的時間。令UL = 0 ,在電感電流連續(xù)的工作過程中有：

其中

因此只需要調(diào)節(jié)PWM 輸出的占空比，就能有效地控制電池的充電電壓。