锂电池的开关电源式智能管理系统设计
时间:09-05
来源:与非网
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(1)主功率电源控制部分的设计
由于电路为PF C+D C/D C的两级形式,为了简化控制电路,我们使用TI公司生产的UCC28517混合控制芯片来实现控制功能。UCC28517是UCC2851x系列中的一种,这一系列混合控制芯片的一个重要特点,是能够提供上升沿触发PFC信号,下降沿触发PWM信号(TEM/LEM)的功能,可显著地减小了蓄能电容上的电流纹波。芯片还提供了平均电流模式PFC控制、可选的PFC与PWM频率比(1:1或者1:2)、欠压保护、DC/DC级可编程软启动等等功能。我们选择的UCC28517频率比为1:2,DC/DC级控制在PFC级输出电压达到额定值的90%时才开始工作,遇到线电压下降或者关断情况,DC/DC控制级可以在PFC输出电压下降到额定值的47%时才关断,减小了电网波动对电路的影响。
PFC电路功率因数校正主要是PFC电压调节环和电流调节环的设计,电压调节环的设计如图5所示,电压调节环的设计不仅仅需要提供电路的稳定性,而且必须衰减二次谐波对THD的影响。电流调节环的设计如图6所示,与电压调节环不同的是,电流调节环的带宽必须足够大,以使PFC电流能够紧跟输入电压的变化。
DC/DC部分采用具有电流前馈环节的电流控制模式。电流控制模式由于电流环的前馈作用,使整个系统成为一个单极点的系统,调节环就相对容易稳定。充电器的恒流恒压输出都通过DC/DC的输出来实现,所以DC/DC部分的控制回路必须要有两个并联的调节环节:电流调节和电压调节。两个调节环的参考值都由单片机提供,电路如图7所示。
(2)单片机部分及保护电路的设计
在整个智能管理系统中,单片机作为整个系统的控制者,起着非常重要的作用。它必须能够根据电压、电流采样,判断电池目前所处的状态;针对不同的状态,决定允许哪些操作,禁止哪些操作,并通过液晶显示告知用户;在电池状态不正常时,它应该能够及时发现并且通过报警手段提醒操作人员的注意。
图8为电池组部分及其控制电路的示意图。由于电池电压不可能完全放完,因此单片机通过电池组的端压稳压后供电。电池为串联结构,在电池的最负端接一个阻值很小的电流采样电阻,由于电池组既可以充电也可以放电,因此电流采样电阻上的电压可正可负,需要有一个绝对值放大电路来放大正负电压。绝对值放大电路见图 9。每节电池的正端都有电压采样点,通过电压跟随器将电压信号输送到AD转换器的其中一个通道。使用电压跟随器可以使输入阻抗无穷大,从而减小对电池电流的抽取,减小电池无谓的功耗,增加电池的使用时间。
电路在输出30V情况下,整机效率与输出负载电流的关系图如图13所示。
充电机输出电压为12.6V,负载为电池组情况下,电路的输出电压纹波如图14所示。可见电压纹波基本控制在50mV左右,能够满足为锂电池充电所需要的电压精度要求。
实验结果表明:以单片机为核心的电池管理系统能够提供高性能、高灵活性的解决方案。
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