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 沈陽APCUPS電源應(yīng)用簡介

能源消耗是全球面臨的普遍問題，許多行業(yè)努力通過實(shí)現(xiàn)更安全、更清潔、更高效、低成本的電源解決方案來應(yīng)對這一問題。混合動力 和電動汽車、太陽能、風(fēng)能的日漸盛行就是這種趨勢的結(jié)果。所有這些解決方案都有一個(gè)共同之處：鋰離子電池。由于這些領(lǐng)域增長迅 速，鋰離子電池將在節(jié)能方面起到更重要的作用。

鋰離子電池制造程序非常復(fù)雜，包括電極生產(chǎn)、堆疊結(jié)構(gòu)和單元裝配。 然后要執(zhí)行電氣測試，以便評定電池容量和性能。這之后還要執(zhí)行電氣測試，以便評定電池在工作中的容量，即額定值。對于鋰離子電池制造中的這些電氣測試，需要高功率、高效率和高精度的測試設(shè)備。ADI公司基于AD8450/1和ADP1972的解決方案正是為此而推出。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素

效率

筆記本電腦、手機(jī)和類似便攜設(shè)備中鋰離子電池的容量通常很小，典型值是數(shù)安時(shí)。但是，用于車輛或儲能的鋰離子電池容量則高得 多，通常在數(shù)十甚至數(shù)百安時(shí)左右。用于小容量電池的線性測試設(shè)備，如果也用于高容量電池測試，在充電階段將會消耗大量功率， 導(dǎo)致效率低下，而且會給設(shè)備硬件設(shè)計(jì)帶來相當(dāng)嚴(yán)重的熱問題。ADI AD8450/1和ADP1972解決方案基于PWM架構(gòu)，有助于解決這一問題。

ADI PWM架構(gòu)還能幫助把更多電池能量送回電網(wǎng)或其他測試通道進(jìn)行充電。與將電池能量放電至阻性負(fù)載的線性架構(gòu)相比，這是一種環(huán)保且 高效的解決方案。

精度

為了獲得準(zhǔn)確的鋰離子電池容量，需要精確測量充電和放電兩種模式下的電流和電壓。結(jié)合系統(tǒng)中的精密ADC、DAC和其他器件，ADI公 司基于AD8450/1和ADP1972的解決方案可實(shí)現(xiàn)高精度測量和設(shè)定。

低系統(tǒng)成本

? 更高的開關(guān)頻率支持使用尺寸更小、價(jià)格更低的功率元件，如電感和電容等

? 能源回收利用有助于降低運(yùn)營成本

? AD8450/1精度更高，可降低熱管理成本，簡化控制環(huán)路設(shè)計(jì)

? AD8450/1采用獨(dú)特的儀表放大器設(shè)計(jì)，制造過程中的校準(zhǔn)時(shí)間可縮短一半，性能保證時(shí)間可更長

? 集成解決方案使得系統(tǒng)尺寸更小，設(shè)備和維護(hù)成本更低

ADI解決方案

系統(tǒng)框圖

下面是從直流母線到電池的系統(tǒng)框圖，包括微控制器、模擬前端和控制器、PWM控制器、高壓MOSFET驅(qū)動器、功率級（MOSFET、電感、 電容、分流電阻）、電壓/電流讀?。ˋDC）以及電壓/電流設(shè)置（DAC）。

注釋：上述信號鏈代表從直流母線到電池的通道板設(shè)計(jì)。模塊的技術(shù)要求可變化，但下表列出的產(chǎn)品代表滿足部分要求的 ADI 解決方案。

1. 模擬前端和控制器 AD8450/AD8451

2. 降壓和升壓PWM控制器 ADP1972

3. 微控制器ADuC7060/ADuC7061

4. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7173-8/AD7175-2

5. DAC AD5686R/AD5668/ AD5676R

6. 基準(zhǔn)電壓源ADR3450/ADR4550

7. MOSFET驅(qū)動器 ADuM7223

8. 電源管理 ADP2441/ADP7102/ ADM8829

9. 多路復(fù)用器ADG528F/ADG5408/ ADG658/ADG1406

系統(tǒng)工作原理

上圖主要包含兩個(gè)功能：一是對電池充電，二是對電池放電，這由AD8450/1和ADP1972的模式信號決定。每個(gè)功能有兩種模式：恒流 （CC）模式和恒壓（CV）模式。兩個(gè)DAC通道控制CC和CV設(shè)定點(diǎn)。CC設(shè)定點(diǎn)決定充電和放電兩個(gè)功能的CC模式下環(huán)路中有多少電流。CV設(shè)定 點(diǎn)決定環(huán)路從CC進(jìn)入CV時(shí)的電池電位，同樣適用于充電和放電兩個(gè)功能。

精密模擬前端和控制器AD8450/1利用內(nèi)部差動放大器PGDA測量電池電壓，并利用內(nèi)部儀表放大器PGIA和外部分流電阻（RS ）測量電池上的 電流。然后，它通過內(nèi)部誤差放大器和外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（用于確定環(huán)路功能是CC還是CV），將該電流和電壓與DAC設(shè)定點(diǎn)相比較。在該模塊 之后，誤差放大器的輸出進(jìn)入PWM控制器ADP1972，以確定MOSFET功率級的占空比。最后是構(gòu)成完整環(huán)路的電感和電容。本部分的說明 針對充電和放電兩個(gè)功能，因?yàn)锳DP1972是降壓和升壓PWM控制器。

本方案中，ADC獲得環(huán)路電壓和電流的讀數(shù)，但它不是控制環(huán)路的一部分。掃描速率與控制環(huán)路的性能無關(guān)，因此一個(gè)ADC就能測量多 通道系統(tǒng)中大量通道的電流和電壓。DAC也是如此，因而可以使用低成本DAC來設(shè)置多個(gè)通道。此外，單個(gè)處理器只需控制CV和CC設(shè)定 點(diǎn)、工作模式及管理功能，因而它可以與許多通道接口。

ntent="" style="box-sizing: content-box; margin: 0px; padding: 0px; line-height: 24px; word-wrap: break-word; color: rgb(51, 51, 51); font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, Arial, sans-serif;">（一）    鉛酸蓄電池、鉛酸膠體蓄電池的工作原因。

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   鉛酸蓄電池的負(fù)極是海綿狀的鉛制成，正極是二氧化鉛制成，海綿狀的鉛和二氧化鉛均為活性物質(zhì)，在比重為1.28的硫酸水溶液（電解液）中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。放電反應(yīng)： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 充電反應(yīng)： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 放電時(shí)，海綿狀鉛和二氧化鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛，這種硫酸鉛的結(jié)構(gòu)疏松，晶體非常細(xì)小，電化學(xué)活性很高，充電時(shí)，在電流作用下能重新生成正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀鉛。可見，在正常狀態(tài)下，這種電化學(xué)反應(yīng)是完全可逆的。放電時(shí)生成硫酸鉛的過程亦稱為“鹽化反應(yīng)”、“硫化反應(yīng)”，這種硫酸鹽生成后的一段時(shí)間內(nèi)活性很強(qiáng)。如果這段時(shí)間內(nèi)未充電，未能及時(shí)轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛和二氧化鉛。隨溫度下降，活性的硫酸鉛會再結(jié)晶成為顆粒較大的晶體。這種白色粗晶粒硫酸鉛導(dǎo)電性能很差，難溶解，充電時(shí)也不能再還原成海綿狀鉛和二氧化鉛的，形成了不可逆的鹽化（硫化），嚴(yán)重時(shí)，這些結(jié)晶體附著在電板表面，阻擋了電解液與涂層活性物質(zhì)的反應(yīng)，造成內(nèi)阻增大，電池容量下降，電解液溫度過高，O2、H溢出而失水，電極柵板變形，活性物質(zhì)脫落，單格電池短路或斷路等惡性循環(huán)發(fā)生。