蓄电系统的设计与实现*

摘 要：本文研究了一种基于LT8714的蓄电系统。该蓄电系统由六个模块组成，工作时结合系统象限控制原理，通过输出电感电流检测信号和误差放大器的输出口信号展开对比，进而实现占空比的控制输出。最后对所研究的蓄电系统展开调试。测试数据表明，该系统输出电压精度较高。

关键词：系统；电路；功能；测试

*基金项目：福建省2020年中青年教师教育科研项目（JAT201066）。

0 引言

随着绿色能源概念的倡导，蓄电池 ^[1] 在电动汽车、便携式电子 ^[2] 设备、无线充电 ^[3] 等应用中具有广阔的市场价值。为了确保蓄电池在投入使用过程中的安全性和高效性，需要对其进行必要的性能测试。基于此，本文研究了一种蓄电系统用于模拟蓄电池的工作性能 ^[4]，对其电压电流指标进行模拟测试。

1 蓄电模拟系统方案设计

蓄电系统由主控模块、电源模块、显示模块等组成。系统以 200 kHz 作为开关频率，通过 PWM 控制为四个象限转换器 ^[5] 提供电源和负载调节。PWM 控制主要由输入口通过输出电感电流检测信号和误差放大器的输出口信号展开对比，进而实现控制占空比 ^[6] 的输出。系统总体架构方案如图 1 所示。

蓄电系统含四个象限同步 PWM DC 控制^[7] 结构。四个象限的实施策略依次是：输出 V（+）、I（+）； 输 出 V（+）、I（-）； 输出 V（-）、I（-）；输出 V（-）、I（+）。 本次研究的蓄电系统功能工作于第一、第四 个象限，即实施电源和负载功能，目标是使 输出电压在（-5~5）V 范围内可调且误差不超过 0.1%。

2 蓄电模拟系统电路设计

考虑到蓄电系统的精度要求，如果通过电位器来调节 ^[8] 电压，精度较低。因此电压输出模块主要通过 ADuCM361 芯片来控制 LT8714 模块的电压输出动态可 调范围。输出电压先由放大电路放大输出，再由 ADC 采样后送往 MCU。ADC 模块主要由电压输出采样电 路和电流采样 ^[9] 电路组成。如图 2 所示的电压采样电路结构，通过 OPA2188 双通道运放，将输出电压缩小 5 倍使采样电压最大值为 1 V，再通过 ADC 检测送到 ADUCM361 的采集引脚。

如图3所示为电流采样电路图。电流输出后经运放将电压置为 1 V。运放过程表征为 U=5A*10 mR=50 mV ，运放再将 50 mV 电压放大 20 倍后为 1 V。

如图 4 所示为系统的电源模块。采用的是 DC/DC 双路隔离电源模块 WRA1205S-1WR2 可将 12 V 输入电压转化为（+/-5）V 隔离输出电压。（+/-5）V 主要用于电压电流采样的双通道运放供电，再用稳压模块 ASM1117-3V3 将 +5 V 转化为 3.3 V，3.3 V 主要是给 MCU 控制模块供电 ^[10]。

3 系统实施

4 系统测试

结合所设计的系统，制定如下步骤的测试过程：（1） 在 DAC OUT1 口接入 3.3 V 的电压，调整运放电路参数 ^[11]，重置放大倍数将电压降低 4 倍得到 CTRL_V 口 0.825 V 的电压，测量输出电压的精度；（2） Vset 电压为 0.825 V，根据计算可得应输出 3.085 V。这与实测值一致；（3）通过变化运放倍数，收集多组输出电压值。

将所测的输出电流、电压值记录为如下表 1、表 2。

通过观察表 1 和表 2 数据不难看出，输出电流的电压控制在 +/-5V 的范围内，且误差 ^[12] 均不超过 0.1‰，精度较高。

5 结语

本文结合蓄电池储蓄特征，展开了以 LT8714 为基础的蓄电系统模块化研究。研究过程结合系统需求分析，给出了详细的电路模块设计过程。最终对所研究的系统进行测试。实验表明，所设计的系统能够良好的模拟蓄电池工作过程，误差较小。

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(注：本文转载自《电子产品世界》杂志2022年9月期)