動力鋰電池組充電管理電路設計方案

2 系統設計及分析

2. 1 系統整體結構

如圖2 系統框圖所示，工頻交流電通過開關電源轉化為18 V/ 5 A 的直流電輸出給升壓電路，升壓電路根據CPU 的控制信號為電池組充電提供一定的充電電流，電壓監控電路將電池的實時電壓情況反饋給CPU ,CPU 通過升壓電路實現對電池組整體充電電壓、電流的控制。通過均衡電路實現各個單體電池充電速率調整，以保證整個電池組充電的一致性。

圖2 系統整體框圖

2. 2 升壓電路

電能的輸入轉化環節由開關電源電路和調壓電路兩部分組成。開關電源將輸入的工頻交流電轉化為18V/ 5 A 直流電輸出。由于當前開關電源技術已經相當成熟，在此就不再贅述。

升壓電路的作用是將開關電源輸出的直流電調節轉化為電池組充電所要求的電壓、電流，并能夠根據充電狀態對輸出電壓、電流進行實時調節。

升壓電路如圖3 所示。

圖3 升壓電路

其中R1 、R2 、Q1 構成電源反接保護電路，Q5 是整個升壓電路的開關，Q2 、Q4 、U1 構成場效應管Q3 驅動級電路，Q3 、L1 、D1 、C4 、C5 構成BOOST 升壓調節電路，R9 、R10 、C6 為電壓采樣電路。

在充電器正常工作時，開關電源的正負極輸出分別接到DC+ ,DC- ,開關管Q5 關斷。CPU 根據電池監控電路反饋的電壓計算出的PWM 占空比，輸出相應的調制信號。PWM 調制信號經過驅動級放大調整，控制Q3 開關狀態，以產生所需要的輸出電壓。

由于穩態條件下，電感兩端電壓在一個開關周期內的平均值為零。可得：

其中，UL 為電感兩端電壓在一個開關周期內的平均值;U0 為輸出電壓;Ui 為輸入電壓;T 為開關周期;ton為Q3 處于通態的時間;toff 為Q3 處于斷態的時間。令UL = 0 ,在電感電流連續的工作過程中有：

其中

因此只需要調節PWM 輸出的占空比，就能有效地控制電池的充電電壓。