蓄電系統的設計與實現*

摘 要：本文研究了一種基于LT8714的蓄電系統。該蓄電系統由六個模塊組成，工作時結合系統象限控制原理，通過輸出電感電流檢測信號和誤差放大器的輸出口信號展開對比，進而實現占空比的控制輸出。最后對所研究的蓄電系統展開調試。測試數據表明，該系統輸出電壓精度較高。

關鍵詞：系統；電路；功能；測試

*基金項目：福建省2020年中青年教師教育科研項目（JAT201066）。

0 引言

隨著綠色能源概念的倡導，蓄電池 ^[1] 在電動汽車、便攜式電子 ^[2] 設備、無線充電 ^[3] 等應用中具有廣闊的市場價值。為了確保蓄電池在投入使用過程中的安全性和高效性，需要對其進行必要的性能測試?；诖?，本文研究了一種蓄電系統用于模擬蓄電池的工作性能 ^[4]，對其電壓電流指標進行模擬測試。

1 蓄電模擬系統方案設計

蓄電系統由主控模塊、電源模塊、顯示模塊等組成。系統以 200 kHz 作為開關頻率，通過 PWM 控制為四個象限轉換器 ^[5] 提供電源和負載調節。PWM 控制主要由輸入口通過輸出電感電流檢測信號和誤差放大器的輸出口信號展開對比，進而實現控制占空比 ^[6] 的輸出。系統總體架構方案如圖 1 所示。

蓄電系統含四個象限同步 PWM DC 控制^[7] 結構。四個象限的實施策略依次是：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功能工作于第一、第四 個象限，即實施電源和負載功能，目標是使 輸出電壓在（-5~5）V 范圍內可調且誤差不超過 0.1%。

2 蓄電模擬系統電路設計

考慮到蓄電系統的精度要求，如果通過電位器來調節 ^[8] 電壓，精度較低。因此電壓輸出模塊主要通過 ADuCM361 芯片來控制 LT8714 模塊的電壓輸出動態可 調范圍。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構，通過 OPA2188 雙通道運放，將輸出電壓縮小 5 倍使采樣電壓最大值為 1 V，再通過 ADC 檢測送到 ADUCM361 的采集引腳。

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

如圖 4 所示為系統的電源模塊。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放供電，再用穩壓模塊 ASM1117-3V3 將 +5 V 轉化為 3.3 V，3.3 V 主要是給 MCU 控制模塊供電 ^[10]。

3 系統實施

4 系統測試

結合所設計的系統，制定如下步驟的測試過程：（1） 在 DAC OUT1 口接入 3.3 V 的電壓，調整運放電路參數 ^[11]，重置放大倍數將電壓降低 4 倍得到 CTRL_V 口 0.825 V 的電壓，測量輸出電壓的精度；（2） Vset 電壓為 0.825 V，根據計算可得應輸出 3.085 V。這與實測值一致；（3）通過變化運放倍數，收集多組輸出電壓值。

將所測的輸出電流、電壓值記錄為如下表 1、表 2。

通過觀察表 1 和表 2 數據不難看出，輸出電流的電壓控制在 +/-5V 的范圍內，且誤差 ^[12] 均不超過 0.1‰，精度較高。

5 結語

本文結合蓄電池儲蓄特征，展開了以 LT8714 為基礎的蓄電系統模塊化研究。研究過程結合系統需求分析，給出了詳細的電路模塊設計過程。最終對所研究的系統進行測試。實驗表明，所設計的系統能夠良好的模擬蓄電池工作過程，誤差較小。

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(注：本文轉載自《電子產品世界》雜志2022年9月期)