电池测试设备数字控制解决方案

导读大家好，小科来为大家解答以上问题。电池测试设备数字控制解决方案这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！解答：1、电池检测设备是

大家好，小科来为大家解答以上问题。电池测试设备数字控制解决方案这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

解答：

1、电池检测设备是锂离子电池生产线后处理系统的重要组成部分，对锂离子电池的质量至关重要。

2、电池测试设备的核心功能是在恒流或恒压下对锂离子电池进行高精度的充放电。传统的控制方法主要采用分立器件搭建的模拟控制方案。

3、与传统的模拟控制方案相比，基于TI的C2000的数字控制方案因其成本低、精度高、灵活性强、保密性好等优点，将成为未来电池测试设备的主流发展方向。

4、本文将详细介绍如何通过TI的C2000数字控制方案，有效降低系统成本，保证极高的电流电压控制精度。

5、1.低成本

6、TI的C2000数字控制方案的典型结构如下：电流/电压放大器对电池充放电的电流/电压进行采样，模拟信号由模数转换器ADC转换为数字信号并发送给C2000，C2000根据恒流或恒压命令对采样信号进行环路计算，输出一定占空比的PWM来调节MOSFET的开关，最后降压/升压转换器根据命令以恒流或恒压方式对锂电池进行充放电。

7、与模拟方案相比，由于电压、电流指令和环路控制均在C2000中产生和完成，省去了高分辨率数模转换器DAC和误差放大器，有效降低了系统成本。

8、TMS320F280049是一款C2000 32位MCU，主频100MHz，闪存256KB。它可以通过高分辨率16位PWM控制多达8个独立通道的同步降压/升压转换器。

9、与传统的模拟控制方案相比，TMS320F280049的数字控制方案可节省30%以上的BOM成本。

10、此外，由于锂离子电池广泛应用于3C产品、电动汽车、储能等诸多领域，各种锂离子电池的电流往往相差很大。

11、因此，如果电池测试设备采用模拟控制，往往需要根据电流选择不同的硬件方案，增加了研发周期和设备成本。

12、如果采用C2000数字控制方案，在不改变硬件的情况下，可以在低电流或高电流模式之间自由切换：8路可在低电流下独立工作；在大电流的情况下，多个通道将并行运行，以输出更多的电流。

13、当多个通道并联运行时，每个通道将使用相同的恒压回路，而恒流回路是独立的，因此只有并联输出才能获得更大的输出电流范围。

14、因此，与模拟控制相比，C2000数字控制方案可以在不改变硬件的情况下适应更广泛的测试场景，大大降低了设备成本。

15、2.高精度

16、通过校准，电池测试设备通常可以消除大多数初始系统错误。

17、其余难以校准的误差源主要包括：电流检测电阻的温度漂移、电流电压检测放大器的失调和增益温度漂移、输入共模电压变化引起的失调、计划表英文ADC的非线性和参考电压源的温度漂移。

18、本文根据5的温度范围计算误差值

19、电流检测电阻

20、电流检测电阻的温度漂移是系统总误差的重要来源。对于CC控制，需要一个具有几毫欧和低温度系数的高精度电流检测电阻。

21、本文采用一种高精度、电流敏感的金属条贴片功率电阻，检测电阻阻值为5 m，温漂值为10ppm。

22、那么，电流检测电阻的温度漂移引起的误差为50ppm。

23、电流检测放大器

24、为了减少大电流引起的温升和功率损耗，电流检测电阻的阻值一般较小，因此电流检测放大器的输入差分信号一爱好特长般不超过几十毫伏，信号调理常选用仪表放大器。

25、仪表放大器的误差主要来自以下两个方面：当环境温度变化时，失调电压和增益漂移；当电池电压变化时，输入共模电压变化引起的失调电压。

26、因此，在选择仪表放大器时，

27、下表是TI主要为电池测试设备推广的几款仪表放大器的关键参数：

28、INA821是一款高精度、低漂移的仪表放大器。最大失调电压漂移为

29、在 10A 充电电流下，满量程采样电阻的电压信号为 50mV，即输入共模电压变化带来 10ppm 满量程误差。

电压检测放大器

电压检测放大器的误差来源同样主要来源于失调电压和诚信让生活更美好增益的漂移，以及输入共模电压变化造成的失调电压。

32、因此，在选择仪表放大器时，同样应该主要关注失调电压漂移、增益漂移、CMRR 等参数。

TLV07 是一款成本敏感型、低噪声、轨到轨输出、精密运算放大器，失调电压漂移的典型值为 0.9µV/°C，那么 ±5°C 温度偏移将会产生 4.5µV 失调电压，即 1ppm 满量程误差；增益漂移主要受输入电阻与反馈电阻的漂移误差的影响，在这里取 5ppm/°C，那么 ±5°C 温度偏移会产生 25ppm 误差。

34、共模电压抑制比最小值为 104dB，那么输入共模电压范围在 0~5V 变化时，将产生 31.5µV 失调电压，即 6ppm 满量程误差。

模数转换器及基准电压源

模数转换器 ADC 的误差主要是由于非线性度和基准电压源的漂移造成的。

37、ADS131M08 是 24位、32kSPS、8 通道同步采样的 Δ-Σ 高精度 ADC，由于 ADS131M08 是差分输入，可以有效减小由于各通道间串扰引起的误差。

38、从数据表中可以查到，ADS131M08 的非线性度 INL 仅为 7.5ppm 满量程误差。

39、如果采用内部基准电压源，温漂最大值为 20ppm/°C，那么 ±5°C 温度偏移会产生 100ppm 误差。

40、如果采用外部基准电压源 REF2025，温漂最大值仅为 8ppm/°C，那么 ±5°C 温度偏移误差将会降至 40ppm。

误差汇总

根据以上分析，将各误差来源造成的误差值汇总，即可计算得到在恒流、恒压控制时，电池测试设备的系统总误差如下图所示。

43、可以看到，采用 C2000 的数字控制方案，电流和电压误差范围都在万二以内，达到了极高的控制精度。

综上所述，在电池测试设备中采用 TI结合能 的 C2000 数字控制方案，在降低感谢生活系统成本的同时，可以保证极高的电流、电压控制精度，非常适合在各类电池测试方案中的应用。

如需获取更多在线技术支持，请访问 TI E2E 中文支持论坛(e2echina.ti.com)。

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原文标题：技术干货 | 低成本、高精度的电池测试设备数字控制方案

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