摘 要：本文研究了一種基于LT8714的蓄電系統(tǒng)。該蓄電系統(tǒng)由六個(gè)模塊組成，工作時(shí)結(jié)合系統(tǒng)象限控制原理，通過(guò)輸出電感電流檢測(cè)信號(hào)和誤差放大器的輸出口信號(hào)展開(kāi)對(duì)比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)占空比的控制輸出。最后對(duì)所研究的蓄電系統(tǒng)展開(kāi)調(diào)試。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)輸出電壓精度較高。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)；電路；功能；測(cè)試

*基金項(xiàng)目：福建省2020年中青年教師教育科研項(xiàng)目（JAT201066）。

0 引言

隨著綠色能源概念的倡導(dǎo)，蓄電池 ^[1] 在電動(dòng)汽車(chē)、便攜式電子 ^[2] 設(shè)備、無(wú)線充電 ^[3] 等應(yīng)用中具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值。為了確保蓄電池在投入使用過(guò)程中的安全性和高效性，需要對(duì)其進(jìn)行必要的性能測(cè)試?；诖?，本文研究了一種蓄電系統(tǒng)用于模擬蓄電池的工作性能 ^[4]，對(duì)其電壓電流指標(biāo)進(jìn)行模擬測(cè)試。

1 蓄電模擬系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

蓄電系統(tǒng)由主控模塊、電源模塊、顯示模塊等組成。系統(tǒng)以 200 kHz 作為開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò) PWM 控制為四個(gè)象限轉(zhuǎn)換器 ^[5] 提供電源和負(fù)載調(diào)節(jié)。PWM 控制主要由輸入口通過(guò)輸出電感電流檢測(cè)信號(hào)和誤差放大器的輸出口信號(hào)展開(kāi)對(duì)比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制占空比 ^[6] 的輸出。系統(tǒng)總體架構(gòu)方案如圖 1 所示。

蓄電系統(tǒng)含四個(gè)象限同步 PWM DC 控制^[7] 結(jié)構(gòu)。四個(gè)象限的實(shí)施策略依次是：輸出 V（+）、I（+）； 輸 出 V（+）、I（-）； 輸出 V（-）、I（-）；輸出 V（-）、I（+）。 本次研究的蓄電系統(tǒng)功能工作于第一、第四 個(gè)象限，即實(shí)施電源和負(fù)載功能，目標(biāo)是使 輸出電壓在（-5~5）V 范圍內(nèi)可調(diào)且誤差不超過(guò) 0.1%。

2 蓄電模擬系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

考慮到蓄電系統(tǒng)的精度要求，如果通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié) ^[8] 電壓，精度較低。因此電壓輸出模塊主要通過(guò) ADuCM361 芯片來(lái)控制 LT8714 模塊的電壓輸出動(dòng)態(tài)可 調(diào)范圍。輸出電壓先由放大電路放大輸出，再由 ADC 采樣后送往 MCU。ADC 模塊主要由電壓輸出采樣電 路和電流采樣 ^[9] 電路組成。如圖 2 所示的電壓采樣電路結(jié)構(gòu)，通過(guò) OPA2188 雙通道運(yùn)放，將輸出電壓縮小 5 倍使采樣電壓最大值為 1 V，再通過(guò) ADC 檢測(cè)送到 ADUCM361 的采集引腳。

如圖3所示為電流采樣電路圖。電流輸出后經(jīng)運(yùn)放將電壓置為 1 V。運(yùn)放過(guò)程表征為 U=5A*10 mR=50 mV?，運(yùn)放再將 50 mV 電壓放大 20 倍后為 1 V。

如圖 4 所示為系統(tǒng)的電源模塊。采用的是 DC/DC 雙路隔離電源模塊 WRA1205S-1WR2 可將 12 V 輸入電壓轉(zhuǎn)化為（+/-5）V 隔離輸出電壓。（+/-5）V 主要用于電壓電流采樣的雙通道運(yùn)放供電，再用穩(wěn)壓模塊 ASM1117-3V3 將 +5 V 轉(zhuǎn)化為 3.3 V，3.3 V 主要是給 MCU 控制模塊供電 ^[10]。

3 系統(tǒng)實(shí)施

4 系統(tǒng)測(cè)試

結(jié)合所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，制定如下步驟的測(cè)試過(guò)程：（1） 在 DAC OUT1 口接入 3.3 V 的電壓，調(diào)整運(yùn)放電路參數(shù) ^[11]，重置放大倍數(shù)將電壓降低 4 倍得到 CTRL_V 口 0.825 V 的電壓，測(cè)量輸出電壓的精度；（2） Vset 電壓為 0.825 V，根據(jù)計(jì)算可得應(yīng)輸出 3.085 V。這與實(shí)測(cè)值一致；（3）通過(guò)變化運(yùn)放倍數(shù)，收集多組輸出電壓值。

將所測(cè)的輸出電流、電壓值記錄為如下表 1、表 2。

通過(guò)觀察表 1 和表 2 數(shù)據(jù)不難看出，輸出電流的電壓控制在 +/-5V 的范圍內(nèi)，且誤差 ^[12] 均不超過(guò) 0.1‰，精度較高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合蓄電池儲(chǔ)蓄特征，展開(kāi)了以 LT8714 為基礎(chǔ)的蓄電系統(tǒng)模塊化研究。研究過(guò)程結(jié)合系統(tǒng)需求分析，給出了詳細(xì)的電路模塊設(shè)計(jì)過(guò)程。最終對(duì)所研究的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠良好的模擬蓄電池工作過(guò)程，誤差較小。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林學(xué)偉,嚴(yán)明忠.基于STM32單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,20(4):35-38.

[2] 孫慧.鉛酸蓄電池電動(dòng)叉車(chē)電池改造技術(shù)的研究[J].科技通報(bào),2022,30(12):28-30.

[3] 應(yīng)澤霖．一種鋰電池組充放電保護(hù)系統(tǒng)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2021,34(3):42-44.

[4] 尤勇.鋰電池管理系統(tǒng)BMS硬件保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J].集成電路應(yīng)用,2020,24(8):11-12.

[5] 賈華.基于STM32的電動(dòng)汽車(chē)鋰電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2020,21(9):13-15.

[6] 周翔,孫長(zhǎng)存,王凱,等.氣制動(dòng)車(chē)輛的蓄電池虧電時(shí)的應(yīng)急啟動(dòng)裝置設(shè)計(jì)[J].客車(chē)技術(shù)與研究,2021,43(06):31-33.

[7] 周陽(yáng).鋰離子蓄電池電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣防爆,2021,12(06):7-11.

[8] 代琪琪,杜明星,魏克新.電動(dòng)汽車(chē)蓄電池組電流檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J].電子世界,2018,15(05):192-193.

[9] 宋海燕,陳繼,濤宋娟.基于單片機(jī)控制的汽車(chē)蓄電池電壓、容量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2019,21(24):7-11.

[10] 吳瓊宇.汽車(chē)蓄電池剩余電量快速測(cè)量方案設(shè)計(jì)[J].時(shí)代汽車(chē),2021,24(09):112-113.

[11] 熊斯鵬,黃敏.基于STM32單片機(jī)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界,2020,27(2):74-76.

[12] LIN Y X ,KONG R,SHE R B, et al. Design and Implementation of Remote/Short-range Smart Home Monitoring System Based on ZigBee and STM32[Z].STMicroelectronics,2013.2040-7459.

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年9月期)