蓄電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

摘 要：本文研究了一種基于LT8714的蓄電系統(tǒng)。該蓄電系統(tǒng)由六個(gè)模塊組成，工作時(shí)結(jié)合系統(tǒng)象限控制原理，通過輸出電感電流檢測信號(hào)和誤差放大器的輸出口信號(hào)展開對比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)占空比的控制輸出。最后對所研究的蓄電系統(tǒng)展開調(diào)試。測試數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)輸出電壓精度較高。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)；電路；功能；測試

*基金項(xiàng)目：福建省2020年中青年教師教育科研項(xiàng)目（JAT201066）。

0 引言

隨著綠色能源概念的倡導(dǎo)，蓄電池 ^[1] 在電動(dòng)汽車、便攜式電子 ^[2] 設(shè)備、無線充電 ^[3] 等應(yīng)用中具有廣闊的市場價(jià)值。為了確保蓄電池在投入使用過程中的安全性和高效性，需要對其進(jìn)行必要的性能測試?；诖?，本文研究了一種蓄電系統(tǒng)用于模擬蓄電池的工作性能 ^[4]，對其電壓電流指標(biāo)進(jìn)行模擬測試。

1 蓄電模擬系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

蓄電系統(tǒng)由主控模塊、電源模塊、顯示模塊等組成。系統(tǒng)以 200 kHz 作為開關(guān)頻率，通過 PWM 控制為四個(gè)象限轉(zhuǎn)換器 ^[5] 提供電源和負(fù)載調(diào)節(jié)。PWM 控制主要由輸入口通過輸出電感電流檢測信號(hào)和誤差放大器的輸出口信號(hào)展開對比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制占空比 ^[6] 的輸出。系統(tǒng)總體架構(gòu)方案如圖 1 所示。

蓄電系統(tǒng)含四個(gè)象限同步 PWM DC 控制^[7] 結(jié)構(gòu)。四個(gè)象限的實(shí)施策略依次是：輸出 V（+）、I（+）； 輸 出 V（+）、I（-）； 輸出 V（-）、I（-）；輸出 V（-）、I（+）。 本次研究的蓄電系統(tǒng)功能工作于第一、第四 個(gè)象限，即實(shí)施電源和負(fù)載功能，目標(biāo)是使 輸出電壓在（-5~5）V 范圍內(nèi)可調(diào)且誤差不超過 0.1%。

2 蓄電模擬系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

考慮到蓄電系統(tǒng)的精度要求，如果通過電位器來調(diào)節(jié) ^[8] 電壓，精度較低。因此電壓輸出模塊主要通過 ADuCM361 芯片來控制 LT8714 模塊的電壓輸出動(dòng)態(tài)可 調(diào)范圍。輸出電壓先由放大電路放大輸出，再由 ADC 采樣后送往 MCU。ADC 模塊主要由電壓輸出采樣電 路和電流采樣 ^[9] 電路組成。如圖 2 所示的電壓采樣電路結(jié)構(gòu)，通過 OPA2188 雙通道運(yùn)放，將輸出電壓縮小 5 倍使采樣電壓最大值為 1 V，再通過 ADC 檢測送到 ADUCM361 的采集引腳。

如圖3所示為電流采樣電路圖。電流輸出后經(jīng)運(yùn)放將電壓置為 1 V。運(yùn)放過程表征為 U=5A*10 mR=50 mV?，運(yùn)放再將 50 mV 電壓放大 20 倍后為 1 V。

如圖 4 所示為系統(tǒng)的電源模塊。采用的是 DC/DC 雙路隔離電源模塊 WRA1205S-1WR2 可將 12 V 輸入電壓轉(zhuǎn)化為（+/-5）V 隔離輸出電壓。（+/-5）V 主要用于電壓電流采樣的雙通道運(yùn)放供電，再用穩(wěn)壓模塊 ASM1117-3V3 將 +5 V 轉(zhuǎn)化為 3.3 V，3.3 V 主要是給 MCU 控制模塊供電 ^[10]。

3 系統(tǒng)實(shí)施

4 系統(tǒng)測試

結(jié)合所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，制定如下步驟的測試過程：（1） 在 DAC OUT1 口接入 3.3 V 的電壓，調(diào)整運(yùn)放電路參數(shù) ^[11]，重置放大倍數(shù)將電壓降低 4 倍得到 CTRL_V 口 0.825 V 的電壓，測量輸出電壓的精度；（2） Vset 電壓為 0.825 V，根據(jù)計(jì)算可得應(yīng)輸出 3.085 V。這與實(shí)測值一致；（3）通過變化運(yùn)放倍數(shù)，收集多組輸出電壓值。

將所測的輸出電流、電壓值記錄為如下表 1、表 2。

通過觀察表 1 和表 2 數(shù)據(jù)不難看出，輸出電流的電壓控制在 +/-5V 的范圍內(nèi)，且誤差 ^[12] 均不超過 0.1‰，精度較高。

5 結(jié)語

本文結(jié)合蓄電池儲(chǔ)蓄特征，展開了以 LT8714 為基礎(chǔ)的蓄電系統(tǒng)模塊化研究。研究過程結(jié)合系統(tǒng)需求分析，給出了詳細(xì)的電路模塊設(shè)計(jì)過程。最終對所研究的系統(tǒng)進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠良好的模擬蓄電池工作過程，誤差較小。

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(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年9月期)