动力锂电池组充电管理电路设计方案

2 系统设计及分析

2. 1 系统整体结构

如图2 系统框图所示，工频交流电通过开关电源转化为18 V/ 5 A 的直流电输出给升压电路，升压电路根据CPU 的控制信号为电池组充电提供一定的充电电流，电压监控电路将电池的实时电压情况反馈给CPU ,CPU 通过升压电路实现对电池组整体充电电压、电流的控制。通过均衡电路实现各个单体电池充电速率调整，以保证整个电池组充电的一致性。

图2 系统整体框图

2. 2 升压电路

电能的输入转化环节由开关电源电路和调压电路两部分组成。开关电源将输入的工频交流电转化为18V/ 5 A 直流电输出。由于当前开关电源技术已经相当成熟，在此就不再赘述。

升压电路的作用是将开关电源输出的直流电调节转化为电池组充电所要求的电压、电流，并能够根据充电状态对输出电压、电流进行实时调节。

升压电路如图3 所示。

图3 升压电路

其中R1 、R2 、Q1 构成电源反接保护电路，Q5 是整个升压电路的开关，Q2 、Q4 、U1 构成场效应管Q3 驱动级电路，Q3 、L1 、D1 、C4 、C5 构成BOOST 升压调节电路，R9 、R10 、C6 为电压采样电路。

在充电器正常工作时，开关电源的正负极输出分别接到DC+ ,DC- ,开关管Q5 关断。CPU 根据电池监控电路反馈的电压计算出的PWM 占空比，输出相应的调制信号。PWM 调制信号经过驱动级放大调整，控制Q3 开关状态，以产生所需要的输出电压。

由于稳态条件下，电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。可得：

其中，UL 为电感两端电压在一个开关周期内的平均值;U0 为输出电压;Ui 为输入电压;T 为开关周期;ton为Q3 处于通态的时间;toff 为Q3 处于断态的时间。令UL = 0 ,在电感电流连续的工作过程中有：

其中

因此只需要调节PWM 输出的占空比，就能有效地控制电池的充电电压。