Other Parts Discussed in Post: TL594, LM5106, LM5109B, UCC27282, LM5069, LM5060, TIDA-01041, LM5170-Q1, TIDA-01042
Stanley Ho
隨著鋰電池行業(yè)的興起，電池測(cè)試設(shè)備的市場(chǎng)也變得龐大，其主要應(yīng)用于3C電池與動(dòng)力電池的化成分容。3C電池的串?dāng)?shù)少，實(shí)際使用對(duì)每串電池要求的一致性不高，而動(dòng)力電池由于串?dāng)?shù)高達(dá)數(shù)百串，并且使用環(huán)境相對(duì)極端，為保證較長(zhǎng)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(chǎng)要求，保持0.02%的要求是電池測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)商面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，為了爭(zhēng)取更高的市場(chǎng)份額，對(duì)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(shè)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(cè)試單元。本文主要剖析實(shí)現(xiàn)電池化成分容技術(shù)要點(diǎn)緊密相關(guān)的電池測(cè)試單元的功率變換部分。
功率變換
電池測(cè)試單元的功率部分主要包括模擬控制器，半橋驅(qū)動(dòng)，MOSFET，輸入輸出保護(hù)器。電能變換拓?fù)渥畛Ｓ玫木褪前霕蛘鞯腂uck/Boost變換電路，主要是因?yàn)殡娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制也不復(fù)雜，同時(shí)能滿(mǎn)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(yīng)用場(chǎng)合，不同的是在大電流應(yīng)用場(chǎng)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(wú)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(guò)TL594方案的TI Design，如圖1所示，該方案成熟穩(wěn)定，且有性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)。
圖1 TI Design框圖
半橋驅(qū)動(dòng)器
當(dāng)測(cè)試單元的輸出電流在10A左右或以?xún)?nèi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)能力要求不大的條件下一般1A左右即可滿(mǎn)足要求，使用較為常見(jiàn)的有LM5109B和LM5106，表1。
當(dāng)輸出電流在幾十上百安時(shí)，考慮MOSFET的快速切換所需要的驅(qū)動(dòng)電流，UCC27282目前驅(qū)動(dòng)電流2.5A source/3.5A sink電流，且HS能承受的負(fù)壓較大，可靠性較高，因?yàn)槠渚哂械膇nterlock的功能，所以不會(huì)變換器半橋節(jié)點(diǎn)的di/dt的干擾而出現(xiàn)半橋直通的情況。
表1：驅(qū)動(dòng)器
| LM5106 | LM5109B | UCC27282 |
Bus voltage (Max ) (V ) | 100 | 90 | 120 |
峰值電流SINK/SOURCE(A ) | 1.8/1.2 | 1 | 3.5/2.5 |
HS引腳最小負(fù)電壓 (V ) | -1 | -1 | -14 |
LM5060與LM5069實(shí)現(xiàn)功率接口的保護(hù)器
當(dāng)電池充電時(shí)，系統(tǒng)如果沒(méi)有電流防倒灌保護(hù)，被測(cè)試電池將放電，會(huì)產(chǎn)生不可靠的的系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)在系統(tǒng)過(guò)壓過(guò)流欠壓保護(hù)時(shí)，如果只有主電路MOSFET關(guān)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(hù)器尤為重要。LM5060與LM5069適用于輸入輸出的接口的欠壓，過(guò)壓，浪涌電流等保護(hù)，參數(shù)如表2所示。
表2：負(fù)載開(kāi)關(guān)參數(shù)表
| LM5060 | LM5069 |
最小輸入電壓(V ) | 5.5 | 9 |
最大輸入電壓 (V ) | 65 | 80 |
MOFET | 外部 |
功能 | 可調(diào)節(jié)電流限制 |
浪湧電流限制 |
過(guò)流事件的斷路器功能 |
LM5170-Q1集成方案
當(dāng)電流較大，需要使用多相交錯(cuò)并聯(lián)，而一顆TL594只能控制一相功率變換電流，同時(shí)需要外部給定給TL594同步信號(hào)，多相并聯(lián)增加了TL594分立元件方案復(fù)雜度。LM5170-Q1的方案內(nèi)部含有兩路控制環(huán)路，既可獨(dú)立工作也可以交錯(cuò)并聯(lián)，且集成過(guò)壓過(guò)流欠壓等保護(hù)，支持二極管仿真模式，同時(shí)也有防電流倒灌的保護(hù)電路。圖2為兩路并聯(lián)的典型應(yīng)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(shì)在于不僅為信號(hào)鏈的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)TID-A01041，TIDA-01042。
參考文獻(xiàn)：
PMP40182: 雙向電池初始化系統(tǒng)電源板參考設(shè)計(jì)
TIDA-01041: 用于多相高精度 0.5 至 100A 電池化成的電池測(cè)試儀參考設(shè)計(jì)
TIDA-01042: 適用于 50A、100A 和 200A 應(yīng)用的模塊化電池測(cè)試儀參考設(shè)計(jì)
電池測(cè)試設(shè)備-參考設(shè)計(jì)及 產(chǎn)品
