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          基于可編程邏輯的便攜式設(shè)備多節(jié)鋰聚合物電池管理

          作者: 時間:2011-04-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          這個電路在靜態(tài)時僅僅消耗MAX921的4μA電流和C1、Q1、Q2的漏電流,基本可以忽略不計,非常省電。
          這個電路另外一個特色是省掉了經(jīng)常使用的光電耦合器,而使用電容C2代替。靜態(tài)時,C2兩端達到電壓平衡,不消耗電能,此時,X2電壓為0。U5輸出高電平時,因為C2兩端電壓不能瞬變,故X2電壓被提升。D1與D2兩個肖特基二極管是起限幅作用的。仔細調(diào)整C2與R4的值就能夠順利地傳遞開關(guān)量信息。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/179178.htm


          2 平衡充電
          平衡充電是所有鋰組所需要的充電方式,但是很多小功率的應(yīng)用中實際是沒有平衡充電的,如大多數(shù)的筆記本電腦組,這樣做實際上對壽命的影響是相當大的。


          現(xiàn)有的均衡技術(shù)主要分為電池間能量傳遞均衡和外部能量輸入均衡。電池間能量均衡就是把高電量電池的能量給低電量電池充電。這種方法最大的問題就是控制起來很復(fù)雜。


          現(xiàn)在很多專用芯片或者單片機解決方案使用的是外部均衡的方式,這種方式是通過可控制的耗能來實現(xiàn)的。這種方式中一般都是使用一個耗能元件來消耗能量,從而等待其他電池單元充滿或者降低某些單元的電壓。這種方案的缺陷在于穩(wěn)壓二極管上的耗能太大,造成的發(fā)熱量是不能忍受的。

          圖4 實際充電方式圖


          實際使用的充電方式如圖4所示,當然,這只是一個示意圖,不包括電流檢測電路(輸入到變壓器之間)和電壓檢測電路(變壓器次級繞組)。其中,開關(guān)陣列是用功率MOSFET實現(xiàn)。


          這種做法,管子都工作在開關(guān)狀態(tài),耗能很少,另外電池沒有串聯(lián)二極管,可以獲得最大輸出。不足之處還是電路比較復(fù)雜,由于要匹配每個電池的電壓,所以要求輸入充電電路是隔離的。這里采用T1變壓器作為隔離,因為開關(guān)頻率可以做得很高,T1變壓器的體積很小。


          整個充電電路工作在開關(guān)狀態(tài),不再添加任何的控制模塊,由FPGA直接控制場效應(yīng)管,電流檢測和電壓檢測電路的輸出也轉(zhuǎn)化為開關(guān)量直接傳給FPGA。
          充電分為四個步驟:
          a) 檢測是否有電池單體低于2.5V,如有,使用5%的占空比對低于2.5V的電池輪流充電,使其升壓到2.5V;
          b) 打開J1和J8,對整體進行大電流充電,同時測量電池單體的電壓,如果有電池單體達到4.2V,進入下個步驟;
          c) 逐漸降低占空比,使單體電池的最高電壓維持在4.2V,直到占空比5%;
          d) 對未到4.2V的電池進行輪流充電,當占空比均下降到5%時,充電結(jié)束。
          這里需要說明的是,a)和d)步驟中輪流充電是通過開關(guān)矩陣實現(xiàn)的,并且輪流充電并不會延長充電時間,這是因為此時的占空比遠遠小于25%,可以在一個充電周期內(nèi)分別給四個電池充電。


          3 過流和低壓保護
          為了保證電池組的絕對安全,電池組的過流和低壓保護是獨立設(shè)置的,當出現(xiàn)問題時可直接切斷電池組的輸出,這種類型的電路也非常普遍,這里不再贅述。
          另外需要說明的是,控制系統(tǒng)里面也含有非易失存儲器和電池輸出探測電路,當探測到保護電路動作的時候,當前的信息將保存到非易失存儲器中,以供日后分析。

          總結(jié)
          多節(jié)鋰電池組成電池組是現(xiàn)在較大功率的必然選擇,如何和維護這個電池組使其高效長壽命地工作也是擺在電子設(shè)計師面前的任務(wù)。


          本文提供了一個新思路,即采用簡單而精確的電路,將復(fù)雜的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,從而簡化外部電路的設(shè)計,把復(fù)雜的充電時序控制交給來處理。這樣做不僅非常靈活,精度高,而且還降低了成本。


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