基于新型雙向整流器的鋰電池充放電裝置研究
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時(shí)間：2012-05-07
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
3 主電路硬件參數設計
主電路硬件參數的設計包括L1，L2、初次級開(kāi)關(guān)管的選型以及隔離驅動(dòng)電路的設計等。
3．1 濾波電感參數的設計
由于兩個(gè)電感完全一樣，故設計其中一個(gè)電感L1即可。開(kāi)關(guān)管工作頻率fs=42 kHz，半橋開(kāi)關(guān)管最大占空比D=0．4，輸出電壓5 V，電感電流為30 A，電感電流紋波取±5％，變壓器次級倍流整流管導通壓降與線(xiàn)路壓降之和△u=0．2 V，由此可得L1=(1-D)(Uo+0．2)／(fs△iL 12)=25μH。
3．2 MOSFET的選型
(1)半橋開(kāi)關(guān)管的選型
設定Ud=360 V，故半橋開(kāi)關(guān)管工作在高壓狀態(tài)下，其選型主要考慮耐壓，過(guò)電流能力和內部快恢復二極管的恢復時(shí)間等。電路中VQ1，VQ2選用N溝道MOSFET管IXTP14N60P，其額定電壓為600 V，額定電流為14 A，內部反并聯(lián)二極管恢復時(shí)間小于400 ns，完全可以滿(mǎn)足電路要求。
(2)變壓器次級同步整流管選型
由于變壓器次級輸出屬于低壓大電流(5 V／60 A)的工況，為減小損耗，同步整流管的導通電阻越小越好，同時(shí)，較短的MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間對提高效率也很關(guān)鍵。因此VQ3，VQ4采用低壓大電流功率開(kāi)關(guān)管IXTQ200N06P，其漏源極額定電壓為600 V，額定電流為200 A，導通電阻低于6 mΩ，開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間分別為35 ns和90 ns。
3．3 隔離驅動(dòng)電路的設計
(1)半橋隔離驅動(dòng)電路的設計
隔離驅動(dòng)電路是控制電路與功率電路之間的信號接口。為了保證系統具有良好的抗干擾能力，同時(shí)實(shí)現DSP輸出的PWM信號對功率電路
開(kāi)關(guān)管的有效驅動(dòng)，采用帶隔離功能的懸浮自舉半橋驅動(dòng)芯片SI8223作為該系統的隔離驅動(dòng)電路主控芯片。
(2)變壓器次級倍流整流管驅動(dòng)電路的設計
由于變壓器次級倍流整流管實(shí)質(zhì)為大電容負載，其驅動(dòng)芯片要有較強的驅動(dòng)能力，因此采用兩片大電流MOSFET驅動(dòng)芯片UCC27321對其進(jìn)行驅動(dòng)。該芯片具有9 A的峰值電流驅動(dòng)能力，能夠快速地驅動(dòng)MOSFET開(kāi)關(guān)管，在10 nF的負載下，其上升時(shí)間和下降時(shí)間的典型值僅20 ns，并且有使能保護引腳，增強了系統可靠性。
4 充放電算法的實(shí)現
電池充電時(shí)采用先恒流(電流PI調節)限壓，再恒壓(電壓PI調節)限流的控制方法，其算法框圖如圖3所示。電池放電時(shí)采取恒流(電流PI調節)限壓的控制方式，即使電池以一定電流放電，當放電端電壓小于限定值時(shí)，停止電池放電。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/177340.htm
5 實(shí)驗結果
實(shí)際搭建了基于雙向DC／DC同步半橋整流器的鋰電池充放電裝置的樣機，對單個(gè)200 Ah的鋰動(dòng)力電池充電、放電實(shí)驗，充放電電流60 A，電壓5 V。圖4a為雙向DC／DC同步半橋整流器充放電時(shí)其4個(gè)開(kāi)關(guān)管VQ1～VQ4的驅動(dòng)信號upwmVQ1～upwmVQ4波形。顯然，這4路信號上升和下降速度均較快，同時(shí)，前兩者占空比完全相等，相位相差180°，upwmVQ1和upwmVQ3，upwmVQ2和upwmVQ4剛好互補導通，與前文的分析完全一致。圖4b為雙向DC／DC同步半橋整流器輸出到電池的充放電5 V電壓，顯然波形較平滑，紋波較小，完全能滿(mǎn)足鋰動(dòng)力電池的充放電要求。
6 結論
介紹了一種先進(jìn)的基于雙向DC／DC同步半橋整流器的鋰動(dòng)力電池充放電方案，對裝置的硬件和算法進(jìn)行了設計。最后搭建了實(shí)驗平臺，輸出電壓波形穩定，紋波小，能夠較好地實(shí)現鋰動(dòng)力電池的充放電要求，驗證了該裝置電路拓撲結構及控制方案的可行性，為未來(lái)動(dòng)力鋰電池充放電設備的進(jìn)一步研制提供了借鑒。
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