【導讀】隨著鋰電池行業(yè)的興起，電池測試設備的市場也變得龐大，其主要應用于3C電池與動力電池的化成分容。3C電池的串數(shù)少，實際使用對每串電池要求的一致性不高，而動力電池由于串數(shù)高達數(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備生產(chǎn)商面臨的設計挑戰(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。本文主要剖析實現(xiàn)電池化成分容技術要點緊密相關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，輸入輸出保護器。電能變換拓撲最常用的就是半橋整流的Buck/Boost變換電路，主要是因為電路結(jié)構簡單，控制也不復雜，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用場合，不同的是在大電流應用場合，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。
圖1 TI Design框圖
半橋驅(qū)動器
當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能承受的負壓較大，可靠性較高，因為其具有的interlock的功能，所以不會變換器半橋節(jié)點的di/dt的干擾而出現(xiàn)半橋直通的情況。
表1：驅(qū)動器
LM5060與LM5069實現(xiàn)功率接口的保護器
當電池充電時，系統(tǒng)如果沒有電流防倒灌保護，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)過壓過流欠壓保護時，如果只有主電路MOSFET關閉，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，參數(shù)如表2所示。
表2：負載開關參數(shù)表
LM5170-Q1集成方案
當電流較大，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分立元件方案復雜度。LM5170-Q1的方案內(nèi)部含有兩路控制環(huán)路，既可獨立工作也可以交錯并聯(lián)，且集成過壓過流欠壓等保護，支持二極管仿真模式，同時也有防電流倒灌的保護電路。圖2為兩路并聯(lián)的典型應用方案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。
圖2: TIDA-01041
LM5170-Q1方案的優(yōu)勢在于不僅為信號鏈的設計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計TID-A01041，TIDA-01042。
參考文獻：
● PMP40182: 雙向電池初始化系統(tǒng)電源板參考設計
● 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計
● TIDA-01042: 適用于 50A、100A 和 200A 應用的模塊化電池測試儀參考設計
● 電池測試設備-參考設計及 產(chǎn)品
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