CN105911458B - 一种电池模拟电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池模拟电路，包括直流稳压电源和钳位电路，所述钳位电路包括一个钳位二极管、一个电压比较器和电流吸收电路，钳位二极管的正极连接直流稳压电源输出，钳位二极管的负极连接被测试电路；所述电流吸收电路是一个可控开关电路，可控开关电路接在被测试电路和电源负极之间，可控开关电路的开关控制端连接电压比较器输出；所述直流稳压电源为可多路选择输出电源，在所述被测试电路和可多路选择输出电源之间设置有自动识别切换电路。本发明采用自动识别切换电路实现对外接设备的自动匹配，不用对设备一一进行设置，适合生产中对批量设备的监测，简化生产工艺，提高检验效率。

Description

一种电池模拟电路

技术领域

本发明涉及电子线路，特别涉及一种电池模拟电路。

背景技术

目前常见的便携式医疗电子设备均采用充电电池进行供电，例如动态心电、动态脑电、动态血压、血氧仪、胎心仪等等都采用锂电池作为供电电源。通常，在测试这些需要使用电池供电的设备时，需要对医疗电子设备中的工作电路的各项功能进行测试。为保证工作电路各项功能的可靠性，测试的项目较多，由此工作电路运行时间较长，则电池需要多次的充、放电，由此对电池的损耗较大，导致充电电池的寿命较短。为此，在测试那些需要使用电池供电的设备时，常常不直接使用电池而是使用电子设备(如稳压电源)来模拟电池为设备供电，然而测试时同时需要测试充电回路，但常用的稳压电源只能模拟电池的放电模式，并不能模拟电池的充电模式，因为稳压电源不能吸收功率。因此，充电回路的测试就不准确，在有充电电池的基板检验时，由于充电电池的电压不恒定，导致测试过程中，容易出现电池充满或者放光的问题，使得测试时一致性不好，尤其在有自动检测工具测试时，电压的不稳定，导致充电电路工作在不同状态，无法对充电电流进行正确的测试。导致测试结果不一致。

为此，一些厂家使用可双向工作的开关电源来代替稳压电源模拟电池，双向开关电源工作在充电模式时可以模拟电池放电，工作在逆变模式时可以模拟电池充电。但双向开关电源由于其固有的开关特性，工作时开关噪声较大，并不能很好地模拟电池的低噪声特性，另外，受开关电源响应速度的限制，双向开关电源并不能很好地模拟电池充电和放电模式快速切换的情况，如果通过降低开关电源噪声，大幅提高电源动态响应速度的方法使双向开关电源的特性接近电池特性，则成本较高。

为此，公开号CN104897991A 公开了一种“电池模拟电路”，该技术方案采用稳压电源与钳位电路结合实现模拟电池充电的功能，但该电路存在的一个缺点是，由于钳位使用的是可控硅控开关，可控硅在此电路中一旦导通就无法关断，因此出现吸收不可逆的现象，不能真实的反映电池的现状，另外，稳压电源部分和钳位电路部分都需要单独进行手动调节，一旦稳压电源电压调节高于钳位电路电压，钳位电压直接将稳压电源钳位，稳压电源不能输出。另外，稳压电源为线性输出，功耗较大。

发明内容

本发明的目的是提出一种电池模拟电路，不仅能够充、放电自动识别切换，放电电压任意调节，放电电压变动时，充电电压无需调整，自动与放电电压跟随改变。放电时，电源由输入直接输出，输出无电压钳位控制，可以输出大功率电流，放电效率高；首次上电可以实现电池的自动匹配功能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种电池模拟电路，包括直流稳压电源和钳位电路，直流稳压电源输出经钳位电路连接被测试电路；其中，所述钳位电路包括一个钳位二极管、一个电压比较器和电流吸收电路，钳位二极管的正极连接直流稳压电源输出，钳位二极管的负极连接被测试电路；所述电压比较器的第一输入通过第一分压电路连接直流稳压电源输出，电压比较器的第二输入通过第二分压电路连接被测试电路；所述电流吸收电路是一个可控开关电路，可控开关电路接在被测试电路和电源负极之间，可控开关电路的开关控制端连接电压比较器输出；当被测试电路电压低于直流稳压电源输出时，电压比较器的输出促使开关电路关断，直流稳压电源输出向被测试电路输出电流；当被测试电路电压高于直流稳压电源输出时，电压比较器的输出促使开关电路导通，可控开关电路吸收被测试电路的电流。

方案进一步是：所述钳位二极管是不同电压的稳压二级管，不同电压的稳压二级管钳位不同电压。

方案进一步是：所述可控开关电路是场效应开关管。

方案进一步是：所述直流稳压电源为可多路选择输出电源，在所述被测试电路和可多路选择输出电源之间设置有自动识别切换电路，所述自动识别切换电路可以在上电时将被测试电路电压与多路选择输出电源的一路电源匹配。

方案进一步是：所述可多路选择输出电源包括稳压电源和型号为TPS5450的降压芯片，降压芯片的电压正极输出连接钳位电路；在降压芯片的电压正极输出端对电压负极顺序串联第一分压电阻、第二分压电阻等根据分压要求的多个分压电阻，降压芯片的分压选择端WSENSE连接在第一分压电阻和第二分压电阻之间，在第二分压电阻和之后连接的每一个分压电阻之间分别引出连线，所述自动识别切换电路包括多个可控硅，多个可控硅的正极分别与引出连线连接，可控硅的负极连接电源负极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的稳压值。

方案进一步是：所述可多路选择输出电源包括多组直流电源，多组直流电源的正极连接所述钳位电路，所述自动识别切换电路包括多个可控硅，多个可控硅的正极分别与多组直流电源的负极连接，可控硅的负极连接被测试电路负极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的稳压值。

方案进一步是：所述可多路选择输出电源包括整流直流电源，整流直流电源的正极连接所述钳位电路，整流直流电源的交流输入连接交流变压器的输出线圈两端；所述交流变压器输出线圈中间有多路抽头输出，所述多路抽头输出分别与一个继电器的常开触点连接，不同的常开触点闭合，输出线圈两端将有不同的交流电压输出；所述自动识别切换电路包括多个可控硅，多个可控硅的正极分别与继电器控制线圈一端连接，控制线圈另一端连接整流直流电源的正极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的直流电源值。

本发明的有益效果是：本发明采用自动识别电路实现对外接设备的自动匹配，不用对设备一一进行设置，适合生产中对批量设备的监测，简化生产工艺，提高检验效率；本发明采用二极管、NMOS管，使得系统的工作噪声小、放电效率高、动态响应好，而且通过控制放电电压的变化，充电电压跟随变化，使得模拟电池使用更加方便。

在对充电电路进行测试时，可以实现在充电过程的预充电，恒流充电、恒压充电、涓流充电几个状态测试，由于电池电压的改变，可以实现对充电电路不同状态的测试。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明电路逻辑关系示意图；

图2为第一种带有自动识别切换功能的电路逻辑关系示意图；

图3为第二种带有自动识别切换功能的电路逻辑关系示意图；

图4为第三种带有自动识别切换功能的电路逻辑关系示意图。

具体实施方式

一种电池模拟电路，如图1所示，包括直流稳压电源1和钳位电路，直流稳压电源输出经钳位电路连接被测试电路2；其中，所述钳位电路包括一个钳位二极管3、一个电压比较器4和电流吸收电路5，钳位二极管的正极连接直流稳压电源输出，钳位二极管的负极连接被测试电路；所述电压比较器的第一输入通过第一分压电路6连接直流稳压电源输出，电压比较器的第二输入通过第二分压电路7连接被测试电路；所述电流吸收电路是一个可控开关电路，可控开关电路接在被测试电路和电源负极之间，可控开关电路的开关控制端连接电压比较器输出；当被测试电路电压低于直流稳压电源输出时，电压比较器的输出促使开关电路关断，直流稳压电源输出向被测试电路输出电流；当被测试电路电压高于直流稳压电源输出时，电压比较器的输出促使开关电路导通，可控开关电路吸收被测试电路的电流。

实施例中：所述钳位二极管是不同电压的稳压二级管，不同电压的稳压二级管钳位不同电压。所述可控开关电路是场效应开关管；其控制为高电位导通，低点位关断，因此，本实施例中第一输入为电压比较器的负输入，第二输入为电压比较器的正输入。

工作原理如图1所示，使用钳位二极管3进行钳位，使其钳位二极管3的正极管脚电压始终高于钳位二极管3的负极管脚电压。

（1）当检验被测试电路2（外接设备）的充电功能时，“电池模拟电路”给外接设备供电，钳位二极管正向导通，钳位二极管3的正极管脚电压始终高于钳位二极管3的负极管脚电压，进而，电压比较器4的正极电压小于负极电压，电压比较器4无输出，低电平，场效应开关管截止，系统钳位二极管3向设备进行放电。

（2）当检验外接设备的放电功能时，外接设备给“电池模拟电路”充电。被测试电路2电压瞬间高于钳位二极管3正极管脚电压，此时电压比较器4的正极电压大于负极电压，电压比较器4输出高电平，场效应开关管导通，系统通过场效应开关管内阻放电。

作为测试电路希望能够应对不同电池电压的仪器充电回路的测量：因此，所述直流稳压电源为可多路选择输出电源，在所述被测试电路和可多路选择输出电源之间设置有自动识别切换电路9，所述自动识别切换电路可以在上电时将被测试电路电压与多路选择输出电源的一路电源匹配。

不同的可多路选择输出电源有不同的自动识别切换电路，本实施例有三种优选方案：

第一种是：如图2所示，所述可多路选择输出电源包括稳压电源1和型号为TPS5450的降压芯片8，降压芯片的电压正极输出连接所述钳位电路；在降压芯片的电压正极输出端对电压负极顺序串联第一分压电阻R1、第二分压电阻R2等根据分压要求的多个分压电阻R3、R4、R5，降压芯片的分压选择端WSENSE连接在第一分压电阻和第二分压电阻之间，在第二分压电阻和之后连接的每一个分压电阻之间分别引出连线，所述自动识别切换电路9包括多个可控硅901，多个可控硅的正极分别与引出连线连接，可控硅的负极连接电源负极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管902的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的稳压值。当自动识别电路识别外部设备需一档供电时，根据芯片分压输出公式，不同的分压电阻组合，输出不同的电压，例如：

V1=1.221×[R1/(R2＋R3＋R4＋R5) ＋1]；

V2=1.221×[R1/(R2＋R3＋R4) ＋1]；

V3=1.221×[R1/(R2＋R3) ＋1]；

V4=1.221×[R1/R2＋1]；

分压单元根据输入充电压值，完成不同档位的分压需求。根据常用电池需求的不同可以增加或删减分压档位与分压值。

将降压后的电压锁定在一定的档位上，电路采用稳压管及单向可控硅，根据稳压管输入达到稳压值后才导通及单向可控硅的可以控制开通，不能控制关掉的特性；因此本电路可以在系统上电后，初次接入充电电路时，将电压锁定在所测设备的电压值，进行自动识别匹配，无需手动切换，方便对批量设备进行检验，简化生产工艺。

例如首次上电时，假设本次检验的产品的电压为BAT1，那么通过自动识别切换电路的自动匹配，选用适用这批检验设备档位的电压。例如，如果是两节锂电池7.4V（每节3.7V），那么自动匹配自动识别切换电路分压值为7.4V。

1、当“电池（电池模拟电路）”向外接设备供电时，首先，外接直流电源经过降压单元的降压，通过二极管向外接设备供电。此时，二极管的正极电压大于负极电压，比较器的正极电压小于负极电压，如上所述，电流吸收可控开关电路截止。

2、当外接设备向“电池（电池模拟电路）”充电时，也如前所述，BAT点电压瞬间高于二极管正极脚电压，此时比较器的正极电压大于负极电压，比较器输出高电平，电流吸收可控开关电路导通，系统通过电流吸收可控开关电路内阻放电。

第二种是：如图3所示，所述可多路选择输出电源包括多组直流电源101，多组直流电源的正极连接所述钳位电路，所述自动识别切换电路9包括多个可控硅901，多个可控硅的正极分别与多组直流电源的负极连接，可控硅的负极连接被测试电路负极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻R连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的稳压值，为了防止误动作在所述稳压二极管正极对地设置有电容C。

第三种是：如图4所示，所述可多路选择输出电源包括整流直流电源10，整流直流电源的正极连接所述钳位电路，整流直流电源的交流输入连接交流变压器11的输出线圈11-1两端；所述交流变压器输出线圈中间有多路抽头输出11-2，所述多路抽头输出分别与一个继电器k1、k2、k3的常开触点k1-1、k1-2、k1-3连接，不同的常开触点闭合，输出线圈11-1两端将有不同的交流电压输出；所述自动识别切换电路包括多个可控硅901，多个可控硅的正极分别与继电器控制线圈一端连接，控制线圈另一端连接整流直流电源的正极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的直流电源值。

第二种和第三种与第一种相同，可以在系统上电后，因为多路电源是事先根据被测设备匹配好的，因此，初次接入充电电路时，将电压锁定在所测设备的电压值，进行自动识别匹配，无需手动切换，方便对批量设备进行检验，简化生产工艺。

Claims (6)

1.一种电池模拟电路，包括直流稳压电源和钳位电路，直流稳压电源输出经钳位电路连接被测试电路；其特征在于，所述钳位电路包括一个钳位二极管、一个电压比较器和电流吸收电路，钳位二极管的正极连接直流稳压电源输出，钳位二极管的负极连接被测试电路；所述电压比较器的第一输入通过第一分压电路连接直流稳压电源输出，电压比较器的第二输入通过第二分压电路连接被测试电路；所述电流吸收电路是一个可控开关电路，可控开关电路接在被测试电路和电源负极之间，可控开关电路的开关控制端连接电压比较器输出；当被测试电路电压低于直流稳压电源输出时，电压比较器的输出促使开关电路关断，直流稳压电源输出向被测试电路输出电流；当被测试电路电压高于直流稳压电源输出时，电压比较器的输出促使开关电路导通，可控开关电路吸收被测试电路的电流；所述直流稳压电源为可多路选择输出电源，在所述被测试电路和可多路选择输出电源之间设置有自动识别切换电路，所述自动识别切换电路可以在上电时将被测试电路电压与多路选择输出电源的一路电源匹配。

2.根据权利要求1所述的电池模拟电路，其特征在于，所述钳位二极管是不同电压的稳压二级管，不同电压的稳压二级管钳位不同电压。

3.根据权利要求1所述的电池模拟电路，其特征在于，所述可控开关电路是场效应开关管。

4.根据权利要求1所述的电池模拟电路，其特征在于，所述可多路选择输出电源包括稳压电源和型号为TPS5450的降压芯片，降压芯片的电压正极输出连接钳位电路；在降压芯片的电压正极输出端对电压负极根据分压要求顺序串联第一分压电阻R1、第二分压电阻R2及多个分压电阻R3、R4、R5，降压芯片的分压选择端VSENSE连接在第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，在第二分压电阻R2和之后连接的每一个分压电阻R3、R4、R5之间分别引出连线，所述自动识别切换电路包括多个可控硅，多个可控硅的正极分别与引出连线连接，可控硅的负极连接电源负极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的稳压值。

5.根据权利要求1所述的电池模拟电路，其特征在于，所述可多路选择输出电源包括多组直流电源，多组直流电源的正极连接所述钳位电路，所述自动识别切换电路包括多个可控硅，多个可控硅的正极分别与多组直流电源的负极连接，可控硅的负极连接被测试电路负极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的稳压值。

6.根据权利要求1所述的电池模拟电路，其特征在于，所述可多路选择输出电源包括整流直流电源，整流直流电源的正极连接所述钳位电路，整流直流电源的交流输入连接交流变压器的输出线圈两端；所述交流变压器输出线圈中间有多路抽头输出，所述多路抽头输出分别与一个继电器的常开触点连接，不同的常开触点闭合，输出线圈两端将有不同的交流电压输出；所述自动识别切换电路包括多个可控硅，多个可控硅的正极分别与继电器控制线圈一端连接，控制线圈另一端连接整流直流电源的正极，多个可控硅的控制端分别通过一个电阻连接不同稳压二极管的正极，不同稳压二极管的负极连接被测试电路，不同稳压二极管根据分压等级选择不同的直流电源值。