蓄電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃南芬 余庚

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和誤差放大器的輸出口信號展開對比，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。基于此，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和誤差放大器的輸出口信號展開對比，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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