1.前言

這篇技術文章描述了數字控制回路電池測試" target="_blank">電池測試儀的優(yōu)勢，并提供了靈活且經濟高效的電池測試儀設計示例。

鋰離子電池用于小型電子設備以及電動汽車和電網等大規(guī)模應用，當然，電池具有多種尺寸、電壓和外形。然而，由于種類繁多，電池制造商必須為每種電池類型購買、維護和管理測試解決方案。所涉及的資本投資也很大，直接占電池最終成本的 20%。

這種情況需要一種具有成本效益的多量程測試解決方案，涵蓋各種電池電壓、容量和物理尺寸。

2.數字控制回路的好處

電池測試儀的主要功能是控制和監(jiān)測電池的充放電。圖1是開關式電池測試儀的功能框圖。控制單元可以安裝在模擬或數字中。在模擬實現中，脈寬調制 (PWM) 控制器控制流經高低壓電源的輸出電壓或電流。保護電路內置于 PWM 控制器中。恒流 (CC) 和恒壓 (CV) 反饋回路驅動 PWM 控制器的參考輸入，以精確控制輸出電流和電壓。連接到反饋控制器的 16 位數模轉換器 (DAC) 設置輸出電流和電壓。最后，一個精密的 16 位模數轉換器 (ADC) 監(jiān)控電池電壓和電流。

圖1?：電池測試儀框圖

在數字實現中，微控制器 (MCU) 執(zhí)行圖 1 中紅色方塊內的所有功能。一個 C2000??實時控制微控制器用于產生 16 位 PWM，其比較器用于實現保護算法。該微控制器使用 ADC 的輸出數據來實現電流和電壓控制器。由于控制器在數字域中，因此該架構不需要精密的 16 位 DAC。12位片上ADC可實現小于±0.05%的控制精度，足以滿足成本優(yōu)化的電池測試系統。但是，反饋需要外部 16 位精度才能獲得大于 ± 0.01% 的控制精度。數字解決方案可以輕松實現靈活性，同時保持高精度。性能和成本之間的差異僅取決于您使用外部 16 位 ADC 還是內部 12 位 ADC 進行反饋。通過在本實施中有效地使用微型計算機，可以將 BOM 減少 30% 或更多。

2.多個電壓、容量、尺寸配合參考設計

今天的測試設備是為特定的電池類型而設計的。大電池需要大量電流，因此并聯多個通道的電池測試儀。但是，如果電池制造商想要制造具有低電流要求的小型電池，通常會使用針對低電流水平進行了優(yōu)化的測試儀。在此期間，將不會使用大電流電池測試儀。擁有可用于測試小型和大型電池的測試儀可以消除必須準備每個測試儀的浪費，并降低整體電池制造成本。數字控制回路為小型和大型電池測試提供了軟件靈活性，但模擬解決方案需要更改硬件。

隨著電池技術的進步，電池制造商需要新的功能和測試方法?？刂苹芈返能浖崿F使測試設備制造商可以輕松添加測試功能。

多量程電池測試儀設計

?成本優(yōu)化的電池測試系統數控參考設計使用多個獨立控制的并行連接的低電流電池測試儀通道，以實現不同級別的高電流電池測試儀。如圖 2 所示，此參考設計配置為通過簡單的軟件更改實現多相操作。多相配置使用單獨的恒流回路，每相并聯。將一個恒壓回路放入所有恒流回路中，可確保恒壓模式下的電流平衡。這允許在同一測試環(huán)境中使用多個輸出電流范圍。

圖2?：多相反饋控制器

圖 3 是此參考設計的框圖。“ TMS320F280049?”微控制器最多可控制八個獨立通道。該微型計算機為同步降壓功率級生成高分辨率 16 位 PWM，并執(zhí)行電流和電壓控制回路的子程序。測量放大器“ INA821?”檢測電流，運算放大器“ TLV07??”檢測電壓。電流和電壓信號在ADS131M08?外部 ADC和 C2000 片上 ADC 上都轉換為數字數據。反饋具有 16 位 ADC，用于控制精度大于 ± 0.01%。在成本優(yōu)化的系統中，通過從反饋中省略ADS131M08并改用 12 位片上 ADC，可以實現小于 ± 0.05% 的控制精度。

實施多反饋控制器可實現從恒定電流到恒定電壓的平滑過渡。此時，內部回路始終處于恒流模式。當檢測到恒壓模式狀態(tài)時，恒壓回路輸出連接到恒流回路。

圖3?：數字控制回路電池測試儀

3.?總結

數字架構可實現精密、大電流、高速和高靈活性，從而減少對電池測試設備的資本投資。我們可以測試各種電流，而無需花錢購買針對各個電流水平量身定制的多種架構，從而在測試低電流應用的同時消除浪費的高電流設備。

借助 TI 的數字控制參考設計，我們可以設計低電流電磁測試設備?以降低整體系統成本，同時讓我們能夠靈活地測試各種電流，而不會犧牲精度。