實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，鋰電池化成分容測試方案不可少

隨著手機(jī)，智能無線設(shè)備和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，鋰電池的市場需求越來越廣，鋰電池的生產(chǎn)制造效率也越來越高。同時(shí)，由于節(jié)能減排的需要，鋰電池的化成，分容的充電，放電，也大量采用能量回饋的形式，將鋰電池的放電能量，回饋回電網(wǎng)或?qū)ζ渌姵爻潆?，?shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

為了更準(zhǔn)確的獲得鋰電池的容量，對鋰電池的充放電的電流電壓測量的誤差要求也顯著提高，許多客戶需要達(dá)到萬分之五到萬分之一的誤差精度，這樣，對整個(gè)測量控制電路中的放大器，ADC, DAC的誤差要求也相應(yīng)提高。

一般來說，一個(gè)完整的能量回饋型的鋰電池化成分容測試設(shè)備，分為3級結(jié)構(gòu)。如下圖：

第一級為220、380V AC到400-500V DC的雙向變換器，第二級為400V DC到12V DC的雙向變換器，第三級位12V DC到5V DC的雙向變換器，直接對電池進(jìn)行充放電。具體的功率取決于電池充放電大小和電池的數(shù)量。采用TI的C2000 TMS320F280XX，就很容易的實(shí)現(xiàn)第一級和第二級的功能，并且，可以把第一級和第二級合并，直接實(shí)現(xiàn)220V AC到12V DC的模式，進(jìn)一步降低陳本。

對于第三極12V DC到5VDC的雙向變換器，通常采用模擬環(huán)路控制方案，稍后我們也會(huì)介紹一種C2000的數(shù)字方案介紹。

上圖是TI的模擬環(huán)路控制方案參考設(shè)計(jì)，也是目前大多數(shù)客戶采用的一種性價(jià)比比較高的分立器件方案。TL594實(shí)現(xiàn)PWM控制，LM5106為半橋MOSFET驅(qū)動(dòng)。LM5060為電池防反接控制。高精度電流電壓采集和環(huán)路調(diào)節(jié)，主要是INA225和OPA180實(shí)現(xiàn)。INA225是TI的專用電流檢測放大器，集成了外部的增益電阻，提供固定的增益輸出，在簡化電路的同時(shí)提供非常好的溫飄特性；并且，INA225是自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)雙向電流檢測，無需額外控制信號，使用非常方便。OPA180為自穩(wěn)零，低溫飄運(yùn)放，做PID調(diào)節(jié)和CV, CC控制。外部ADC ADS1248是24位D-S ADC， 用于采集充放電的電壓電流，不參與環(huán)路控制。一個(gè)ADS1248可以同時(shí)測量4路電池充放電的電流電壓，如果加外部開關(guān)切換，可以測量更多，實(shí)現(xiàn)更好的性價(jià)比。DAC80004是16位DAC，用來設(shè)定充放電的電壓電流，其零點(diǎn)誤差小于2mV，可以實(shí)現(xiàn)更低的充電電流門限設(shè)置。

這個(gè)參考設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是溫飄的控制，選用低溫飄特性的放大器，電阻尤其重要，TI 的INA225, INA240都是非常好的低溫飄電流檢測專用放大器，增益誤差的溫飄小于2.5ppm。并且，采樣電阻的溫飄也直接決定了系統(tǒng)的溫飄性能，20ppm的采樣電阻已經(jīng)非常好了，在采樣電流時(shí)，電阻是一個(gè)功率熱源，會(huì)顯著造成周圍PCB的溫升，更惡化了溫度的影響，所以，采樣電阻的PCB布板非常重要。

TI的這個(gè)參考設(shè)計(jì)—PMP40182的資料和測試數(shù)據(jù)已經(jīng)放到網(wǎng)上了，有需要可以到TI的官網(wǎng)下載。

隨著TI的C2000 DSP的普及，越來越多的工程師也嘗試采用C2000來實(shí)現(xiàn)12V 到5V,10A的雙向電池充放電控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)鏈路，從220V AC到5V DC的全數(shù)字雙向轉(zhuǎn)換。

如下為C2000的12V到5VDC 雙向DC-DC的示意圖。采用TI的最新的TMS320F2837X，CC, CV環(huán)路控制均由C2000軟件實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)2837X的高精度PWM(HRPWM)可以實(shí)現(xiàn)高精度（>16位）的DAC+PWM的功能，無需外部DAC; F2837X內(nèi)部還集成了多路16位ADC，同樣無需外部ADC，只需要外部電流檢測和放大。采用F2837X的設(shè)計(jì)，可以大大簡化電路設(shè)計(jì)，提供更高的可靠性和溫飄特性。單個(gè)F2837X可能價(jià)格比較高，但一個(gè)F2837X可以支持多路電池的充放電，這樣平均到每個(gè)通道上成本就非常低。

總的來說，TI可以為現(xiàn)代化的電池化成分容測試設(shè)備提供端到端的全套解決方案，協(xié)助客戶解決研發(fā)過程中的相關(guān)技術(shù)問題，將產(chǎn)品以最快的速度推向市場。