種具有可變ESR響應(yīng)的電池模擬器的實現(xiàn)

一個完美的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌煌昝?這個損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個電阻跟電容串聯(lián)在一起，所以就起了個名字叫做等效串聯(lián)電阻.比如，我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR,電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源啦一類的，都使用低ESR的電容器。

在設(shè)計由電池供電的產(chǎn)品時，你也許缺乏經(jīng)驗和硬件。產(chǎn)品的電池壽命對等效串聯(lián)電阻(ESR)的依賴高于它對終端電壓的依賴。當(dāng)你用開關(guān)穩(wěn)壓器來提高電池電壓時，情況尤其如此。開關(guān)穩(wěn)壓器在電池電壓下降時，產(chǎn)生更高負(fù)載。真實環(huán)境下的電池的ESR并不是恒定的。當(dāng)你去除電池負(fù)載時，電池會做出反應(yīng)，并在它的離子重新彌漫時復(fù)原.便攜式電子設(shè)備也許包含低功率或休眠模式。設(shè)備從電池得到較短的高功率脈沖。

本例中的電池模擬器復(fù)制了電池的ESR響應(yīng)曲線。如果你在反饋網(wǎng)絡(luò)中安排不同值，那你就能獲得各種ESR曲線。該電路可模擬大部分電池類型，其中包括鋰離子電池和堿性電池。它為受測設(shè)備支持0.5V至4.2V的數(shù)安培電流，并能模擬多種電池的ESR.你可以設(shè)置ESR電位計，來把延時改變?yōu)镋SR的最終值。某些電池類型表現(xiàn)出這一獨(dú)特的特征。對于向負(fù)載提供脈沖電流的工作，它具有很大的影響。

在該電路中，IC1供應(yīng)穩(wěn)定電壓，由此設(shè)置無負(fù)載輸出電壓(圖1)。IC2提供ESR功能的必要逆變。IC3和Q1形成功率輸出級，它獲得8V電壓。電阻器R8限制功率。IC4傳感流過R9的輸出電流，并提供大小為20的增益。該信號去往ESR時序電路，提供ESR效應(yīng)和響應(yīng)時序。

圖1，該模擬電路可表示多種電池的負(fù)載響應(yīng)。

你可以改變元件值，由此模擬多種電池化學(xué)原理和大小。如果你省略C4,并用一個100 kΩ電阻器代替RESR1到RESR4電阻器，那就能實現(xiàn)基本的ESR功能。圖1省略了電力電容器和旁路電容器。

仿真器，或模擬器(英文;emulator、simulator)，根據(jù)此原理制作的軟件又可稱為模擬程序，是指主要透過軟件模擬硬件處理器的功能和指令系統(tǒng)的程序使計算機(jī)或者其他多媒體平臺(掌上電腦，手機(jī))能夠運(yùn)行其他平臺上的軟件。在自動化技術(shù)、化學(xué)工程中同樣使用模擬器這一術(shù)語。模擬器多用于電視游戲和街機(jī)，也有一些用于掌上電腦。模擬器一般需要ROM才能執(zhí)行，ROM的最初來源是一些原平臺的ROM芯片，通過一些手段將原程序拷貝下來(這個過程一般稱之為dump)然后利用模擬器加載這些ROM來實現(xiàn)模擬過程。

在反饋網(wǎng)絡(luò)中不存在電容的情況下使用1A負(fù)載脈沖，會導(dǎo)致模擬器做出響應(yīng)，以便緊隨2000 mA鋰離子18650電池的響應(yīng)(圖2)。你還可以向反饋網(wǎng)絡(luò)添加電容器，來使模擬器更好地表示小型200 mA鋰離子電池的響應(yīng)(圖3)。如果適當(dāng)調(diào)整電路，你就能產(chǎn)生許多響應(yīng)曲線。你可以下載National Instruments公司的LabView軟件，并從Grae公司網(wǎng)站下載特定電池類型的電壓ESR曲線。

圖2，不使用反饋電容器時，模擬器與大型鋰離子電池的響應(yīng)非常吻合。

圖3，如果添加電容反饋，那么模擬器的表現(xiàn)就類似于小得多的電池。