圖2電路模擬的是單節(jié)鋰離子電池。充電器CC階段的終止充電電壓和快速充電電流由充電器設(shè)置決定。仿真器初始化時(shí)，可設(shè)置完全放電條件下內(nèi)部電池電壓為3V，但該電壓可以提升到4.3V，以測(cè)試過充電情況。3V初始值通常用于低電池電壓關(guān)斷電路(用來終止鋰離子電池放電過程)。這種設(shè)計(jì)專門針對(duì)終止充電壓為4.2V的標(biāo)準(zhǔn)CC-CV鋰離子電池充電器。該設(shè)計(jì)調(diào)整起來很容易，能夠適應(yīng)非標(biāo)準(zhǔn)終止電壓和完全放電電壓的測(cè)試。測(cè)試時(shí)充電器用高達(dá)3A的充電電流驅(qū)動(dòng)仿真電路，受功率晶體管功耗的限制。圖2電路模擬了電池電壓增加的情況，電池電壓是從仿真電路設(shè)置為完全放電狀態(tài)開始，電路充電電流的函數(shù)。

　　根據(jù)圖中給出的參數(shù)值，充電電流為1A時(shí)，積分時(shí)間常數(shù)使模擬電路在6至7秒內(nèi)達(dá)到充電器的4.2V限制。對(duì)電流范圍、內(nèi)阻、充電終止電壓和完全放電電壓的模擬是在鋰離子電池(本例中指Sony US18650G3)典型參數(shù)的基礎(chǔ)上完成的。所仿真的電池電壓沒有考慮環(huán)境溫度的影響。

　　圖2 單節(jié)Li+電池充電情況的仿真電路，該電路可以在不使用實(shí)際電池的情況下測(cè)試Li+電池充電器

　　并聯(lián)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)采用MAX8515并聯(lián)穩(wěn)壓器和一對(duì)雙極型功率晶體管(選擇該穩(wěn)壓器時(shí)考慮了其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的精度)，大電流TIP35晶體管安裝在能夠耗散25W熱量的散熱器上。

　　MAX4163雙運(yùn)放的其中一個(gè)放大器用來對(duì)充電電流積分，另一個(gè)放大器對(duì)電流測(cè)量信號(hào)進(jìn)行放大和偏置。該運(yùn)算放大器具有較高的電源抑制比，并可支持滿擺幅輸入/輸出范圍，簡(jiǎn)化了兩種功能電路的設(shè)計(jì)。注意，與電池仿真器正端串聯(lián)的0.100Ω電流檢測(cè)電阻同時(shí)也作為電池內(nèi)阻。

　　在具有自動(dòng)測(cè)試-數(shù)據(jù)采集功能的系統(tǒng)內(nèi)工作時(shí)，可用外部信號(hào)將仿真電池復(fù)位到完全放電狀態(tài)。另外，手動(dòng)操作測(cè)試設(shè)置時(shí)，可用按鍵復(fù)位。

　　利用單刀單擲開關(guān)可以選擇仿真電池的兩種工作模式。擲向A端時(shí)，實(shí)現(xiàn)積分充電仿真器，如上所述。擲向B端時(shí)，仿真器將設(shè)定在某一固定的直流工作點(diǎn)對(duì)充電器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)的輸出電壓和吸電流。為實(shí)現(xiàn)這一功能，“設(shè)置”電壓可通過改變50kΩ可變電阻，在2.75V至5.75V之間手動(dòng)調(diào)整。這些設(shè)置電壓值與內(nèi)部吸入電流有關(guān)。仿真器端實(shí)測(cè)電壓(VBATT)等于設(shè)定電壓加上吸電流流經(jīng)仿真電池內(nèi)阻(0.100Ω電阻)產(chǎn)生的壓降。仿真電路工作時(shí)的電源取自電池充電器輸出。

　　仿真電路的性能

　　圖3為模擬鋰離子電池充電至4.2V時(shí)獲得的典型V-I波形。從圖中可以看出兩個(gè)測(cè)試過程：一個(gè)是以1A初始快充電流充電(曲線B和D)，另一個(gè)是以2A快充電流充電(曲線A和C)。這兩種情況下，首先進(jìn)入CC階段充電，直到電池電壓達(dá)到終止電壓4.2V。在此之后，電流呈指數(shù)衰減，而仿真電池的電壓保持不變。充電電流為2A時(shí)到達(dá)終止電壓所需的時(shí)間更短，與預(yù)期設(shè)計(jì)相同。然而，請(qǐng)注意，電流加倍不會(huì)使充電時(shí)間減半，只會(huì)使到達(dá)CV模式的時(shí)間減半，與真實(shí)電池負(fù)載的測(cè)試情況一樣。

　　圖4為兩個(gè)不同設(shè)置電壓：3V和4.1V時(shí)的吸電流V-I曲線。兩個(gè)曲線的動(dòng)態(tài)電阻(用斜率表示)僅僅是由0.100Ω電阻模擬的電池內(nèi)阻。

　　圖3 根據(jù)圖2電池仿真電路繪制出的圖形，快速充電波形表明兩種條件下電池充電器的工作情況，分別是：CC階段提供1A (曲線B和D)和2A (曲線A和C)充電電流

　　圖4 圖2電路在電壓為4.1V (上部曲線)和3V (下部曲線)時(shí)的吸入電流，兩種情況下斜率均代表0.1Ω內(nèi)阻

　　結(jié)語

　　由于鋰離子電池充電過程需要一小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，利用實(shí)際負(fù)載測(cè)試鋰電池充電器將非常耗時(shí)，而且往往不切實(shí)際。為了加快電池充電器測(cè)試，本文介紹了一個(gè)簡(jiǎn)單電路，用來模擬鋰離子電池。該電路提供了一個(gè)不使用實(shí)際電池對(duì)鋰電池充電器進(jìn)行測(cè)試的有效手段。