锂电池的开关电源式智能管理系统设计
来源： 作者： 发布时间：2015-03-25 10:01:44 浏览量：由于电路的最大输出功率POMAX=300W，DC／DC部分的设计选择功率容量较大、控制相对简单的双管正激拓扑(图4)。该拓扑使用了两个二极管来复位激磁电流，同时两个MOSFET两端的电压也被箝位在输入电压，因此我们可以选择耐压相对较低，导通电阻相对较小的开关管，有效的降低了电路的导通损耗。但是由于激磁电流必须在新开关周期开始之前降为零，所以电路的占空比必须限制在0．5以下，从而使激磁能量在一个周期结束之前完全回馈到输入端，避免了可能出现的变压器偏磁甚至饱和现象。2)控制电路设计
充电机部分的控制电路主要包括负责给充一体成型电感电机部分控制电路供电的辅助电源部分和主功率电路的电源控制芯片部分(包括PFC和DC／DC两部分的控制)，除了恒流参考信号、恒压参考信号和电路保护信号由电池组部分的单片机发到充电机控制电路外，其余部分的控制功能全部都由充电机的控制电路自主完成。
(1)主功率电源控制部分的设计
电感厂家由于电路为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UCC2功率电感851x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。电压调节环的设计如图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。
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