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模拟电池仿真电路图及原理分析

电子说

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描述

  在电源类电子产品的生产检验过程中,需要用到许多检测设备对产品的电气性能进行测试,其中常用的一种检测设备就是电子负载,通过改变电子负载的参数,可以检测到电源产品的输出特性。

  但在充电器这种特殊的电子产品中,由于其负载是电池,若要完整地检测一个电池从放空到充满整个过程中充电器的输出特性,需要花很长时间对电池做一个完整的充电过程,而这么长的充电时间显然会使生产效率低下,而且经常的测试也会使被用来充电的电池寿命缩短,并使内阻增大,进而影响测试结果的准确性。基于这种考虑,笔者设计了一种模拟电池电路,它可以完全地模拟真正的电池,可以被充电,也可以放电,而且其电压可随意设定,经在生产中实际使用,效果很好。其电路如下图所示。

  模拟电池仿真电路图及原理分析

  模拟电池仿真电路

  其电路原理分析如下:

  220V市电经变压器降压后,得到12V左右的不稳定交流电压,该电压经VD3-VD6整流,经L1、C7滤波后,得到不稳定的12V直流电,N2、R1-R6、C2构成稳压电路,其输出为稳定的5V电源,该电源提供给LM358运算放大器,作为LM358的电源使用。N2的第一脚为恒定的2.5V,作为基准电压经分压后提供给LM358作比较用。

  电路的输出电压经R7与R13、R17分压后反馈给2个运放,从而控制V1和V3两个三极管的导通状态,使输出电压稳定在设定的值。

  该电路能真实地模拟出电池的特性,可以在对外部放电与被充电器充电两种状态间自动转换,同时电池的电压可设,并且非常稳定。当对外供电时,当输出电压发生变化,经R7与R13、R17分压后反馈给N1A运放,从而调整V2的导通状态,进面控制V1的导通状态,使电压迅速稳定在所设值。当被充电时,若输出电压发生变化,经R7与R13、R17分压后反馈给N1B运放,从而调整V3的导通状态,使电压迅速稳定在所设值。

  由于R5的存在,N1A与N1B运放的基准电压会相差0.4mV,因此当输出端对外供电时,V3是完全截止的,而当外部电源对输出端充电时,V1是截止的,其充电电流通过R12、R11、VD2、V3泄放掉,相当于充电。移去充电电源后,电路会恢复到对外供电状态。其特性与实际的电池完全一样。

  由于真正的电池含有内阻,电路中R12用来充当电阻内阻的作用,其值为0.03Ω,若需增大模拟电池的内阻值,可增大该电阻值。

  R13电位器用来调整模拟电池的电压,其阻值减小时,输出端电压升高,其阻值升高时,输出端电压降低,R17用来微调输出电压,作精确调节电压用。

  受TL431基准电压影响,该电路的最低仿真电压只能做到1.25V,若需要更低的电池仿真电压,可以通过改变基准电压来实现,比如将TL431改为TL432,或者通过改变电阻值,这样仿真电压可以低至0.75V或更低。

  笔者也曾用该电路来仿真锂离子电池,用来测试锂离子电池保护电路的保护参数,所测得的保护值非常精确。

  该电路由于同时具有稳压电路与电子负载电路,并且此两部分电路为非此即彼的关系,因此也可以单独作为电源来使用,或者单独作为有源电子负载来使用,其负载电压可任意设定。 

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