大電流恒流源放電回路及其分析

李冬梅

摘要：在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，各種大容量可高倍率放電的電池的需求量越來(lái)越多，在使用前，都需要放電測(cè)試，而通常的測(cè)試設(shè)備電流值太小，如何實(shí)現(xiàn)大電流恒流放電，同時(shí)又經(jīng)濟(jì)、安全、可靠，大電流和小電流放電對(duì)電路的要求差別很大，放電回路需要重點(diǎn)考慮。本文針對(duì)大電流恒流放電回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：恒流源放電

0 引言

隨著電池使用的迅速增長(zhǎng)，對(duì)電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。在電子信息時(shí)代，對(duì)移動(dòng)電源的需求快速增長(zhǎng)，對(duì)高容量、大電流工作的電池的需求越來(lái)越大。特殊的大容量可高倍率放電的電池的使用也越來(lái)越多。因此電池廠也就需要大電流的電池檢測(cè)設(shè)備。本文根據(jù)電池的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了放電電流可達(dá)50A的放電電路。此電路經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，簡(jiǎn)單、安全、可靠。

1 恒流放電機(jī)理

此電路需要實(shí)現(xiàn)的功能是可以穩(wěn)定的恒流，放電電流范圍： 1A～50A 分200mA級(jí)可設(shè)置。要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能，其組成部分應(yīng)該有控制回路和放電回路兩部分構(gòu)成。

1.1 控制回路 放電的方式為恒流放電，根據(jù)需要設(shè)置電流，根據(jù)需要送來(lái)的控制數(shù)據(jù)，對(duì)電池放電進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。電流值從1A到50A可調(diào)。要實(shí)現(xiàn)50A這么大的電流，考慮管子的選取以及散熱的需求，一路放電回路很難實(shí)現(xiàn)，因此采用兩路并聯(lián)的放電回路實(shí)現(xiàn)，要控制這兩路并聯(lián)的回路，根據(jù)顯示要求電流并不需要連續(xù)可調(diào)，可以采用數(shù)字電位器9312提供可控的電位給放電回路。

此電路實(shí)現(xiàn)的功能是可以穩(wěn)定的恒流，放電電流范圍：1A～50A分200mA級(jí)可設(shè)置。要實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能，其組成部分應(yīng)該有控制回路和放電回路兩部分構(gòu)成。

如圖所示，根據(jù)實(shí)際需要的設(shè)定，控制數(shù)字電位器9312向運(yùn)放TL062提供需要的電位。實(shí)現(xiàn)放電電流分級(jí)設(shè)置，每級(jí)為200mA。

1.2 恒流放電回路 如果恒流放電時(shí)的電流不夠穩(wěn)定，對(duì)電池的測(cè)試有影響，因此恒流源電路采用負(fù)反饋恒流源電路，如圖所示，由運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源和大電流MOS管負(fù)載組成，它的電流由基準(zhǔn)電壓決定，運(yùn)放電路工作在負(fù)反饋放大狀態(tài)[1]。MOS管工作在放大區(qū)。根據(jù)需要對(duì)電流值進(jìn)行預(yù)制，采用合適的處理器輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)字電位器的基準(zhǔn)電壓，壓控恒流源輸出相應(yīng)的電流，壓控恒流源時(shí)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)恒流，電流需要采樣后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換反饋到處理器，處理器根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整控制信號(hào)[2]。使用此種負(fù)反饋，實(shí)際測(cè)試時(shí)，放電電流測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)：±（0.5FS+0.3RD）%，實(shí)際電流表讀數(shù)與顯示測(cè)量小數(shù)點(diǎn)后一位有效數(shù)字相同。

此壓控恒流源電路采用雙運(yùn)放和兩個(gè)獨(dú)立控制的MOS管組成，電流大小由運(yùn)放的同相輸入端決定，因電流較大故采用兩組獨(dú)立工作的電路。在多個(gè)電池同時(shí)放電時(shí)，采用循環(huán)采樣的方式，采樣電池兩端的工作電壓和兩路放電電阻上的電壓；電流采用計(jì)算的方法獲得，采樣放電電阻的電壓，電流由電壓和電阻計(jì)算得到，由于電阻的值不一定很一致，可以采用軟件校準(zhǔn)。采樣完成后將數(shù)據(jù)送回主控制板后對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此電路穩(wěn)定性很好，在50A電流放電時(shí)每路的電流都很穩(wěn)定。

MOS管采用IRF3710，IRF3710參數(shù)：RDS(ON)=0.025ID=57A，V

GS：±20V[3]。只要采取足夠的散熱措施，IRF3710完全可以滿足需要。要在短時(shí)間將電池能量釋放出來(lái)，對(duì)散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)需要充分考慮。MOS管與散熱器之間可以采用導(dǎo)熱絕緣的鋼片，因?yàn)榇穗娐肥谴箅娏鞣烹姡瑫?huì)在短時(shí)間內(nèi)將電池能量以熱能的形式釋放，因此在使用時(shí)還需要考慮采用風(fēng)扇散熱。

在進(jìn)行采樣設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到兩路電路很難做到完全對(duì)稱，電流采樣采用兩路分別采樣，在10A以下，單路導(dǎo)通，10A以上，兩路同時(shí)導(dǎo)通。由于電流很大，不能直接采樣，需要接采樣電阻R13和R28，放電回路的R1和R30的阻值很小，在62mΩ左右，采用鏮銅絲做成，由于此部分不能做到完全一致，因此計(jì)算的電流不準(zhǔn)，這方面需要通過(guò)軟件校準(zhǔn)。通過(guò)軟件校準(zhǔn)后，工作情況良好，達(dá)到實(shí)際需要和精度要求。

2 結(jié)語(yǔ)

此回路采用兩個(gè)數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)對(duì)放電電流的控制，采用壓控恒流源負(fù)反饋電路實(shí)現(xiàn)大電流放電功能。使用并聯(lián)回路，如果需要更大電流時(shí)，可以再并聯(lián)恒流源回路。在控制過(guò)程中采用需要的處理器，合理設(shè)計(jì)接口電路和解決散熱問(wèn)題，就可以使用在各種大電流放電的電池檢測(cè)設(shè)備中。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔玉文，艾學(xué)忠，楊瀟.實(shí)用恒流源電路設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù).2002年第五期：25-26.

[2]李婷婷，李洪波.數(shù)控大功率精密恒流源設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù).2006年9月.第23卷第5期：35-37.

[3]IRF3710.www.21icsearch.com.