蓄電系統(tǒng)的設(shè)計與實(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)由六個模塊組成，工作時結(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

*基金項目：福建省2020年中青年教師教育科研項目（JAT201066）。

0 引言

隨著綠色能源概念的倡導(dǎo)，蓄電池 ^[1] 在電動汽車、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

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)含四個象限同步 PWM DC 控制^[7] 結(jié)構(gòu)。四個象限的實(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

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)計過程。最終對所研究的系統(tǒng)進(jìn)行測試。實(shí)驗表明，所設(shè)計的系統(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)