CN204103765U - 一种电池模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池模拟器，包括恒流调整电路、电流取样电路、恒压负载电路、恒流控制电路、负载连接端、电压反馈电路和恒压控制电路，恒流调整电路的输出端连接电流取样电路的输入端，电流取样电路的输出端连接恒流控制电路的输入端，恒流控制电路的输出端连接恒流调整电路的输入端，恒流调整电路的输出端连接电压反馈电路的输入端，电压反馈电路的输出端连接恒压控制电路的输入端，恒压控制电路连接恒压负载电路的输入端；恒流调整电路的输出端、电流取样电路的输入端和电压反馈电路的输入端均连接负载连接端。恒流源电路的电流取样电路嵌入恒压负载电路，使得“充电”输入的电能直接消耗掉，充、放电状态无缝切换，性能上接近真实电池。

Description

一种电池模拟器

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种电池模拟器。

背景技术

使用电池供电的设备在我们生活中随处可见，小功率的电池供电设备如：手机、平板电脑、电动剃须刀等等，大功率的电池供电设备如：电动车、汽车、电动叉车等等，这些产品或设备在研发、生产、品质检验等环节很多时候需要一种具备电池特性的设备-电池模拟器，来替代电池用于产品调试、测试等工作。

目前市面上有太阳能电池模拟器，该类模拟器只具备放电性能模拟；也有大功率的蓄电池模拟器，也叫2象限电源，除具备大功率直流电源性能外，还能通过逆变回路实现能量回馈电网的负载功能，主要用于大功率动力电池供电系统，充放电转化存在时间间隔，与真实的电池相比存在较大的不同。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池模拟器，充、放电状态无缝切换，性能上接近真实电池。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种电池模拟器，包括恒流调整电路、电流取样电路、恒压负载电路、恒流控制电路和负载连接端，恒流调整电路的输出端连接电流取样电路的输入端，电流取样电路的第一输出端连接恒流控制电路的输入端，恒流控制电路的输出端连接恒流调整电路的输入端，还包括电压反馈电路和恒压控制电路，恒流调整电路的输出端还连接电压反馈电路的输入端，电压反馈电路的输出端连接恒压控制电路的输入端，恒压控制电路连接恒压负载电路的输入端；恒流调整电路的输出端、电流取样电路的输入端和电压反馈电路的输入端同时连接负载连接端。

优选的，恒流调整电路和恒压负载电路包括单个MOS管或MOS管阵列。

优选的，恒流控制电路和恒压控制电路包括单个运算放大器或运算放大器阵列。

优选的，恒流调整电路、电流取样电路、恒压负载电路和恒流控制电路构成一个恒流源电路，电流取样电路、电压反馈电路和恒压控制电路构成恒压负载电路；恒流源电路的电流取样电路嵌入恒压负载电路中。

优选的，还包括第一电阻和可设置的电压基准电路，恒流调整电路包括第一电路主调整管，恒流控制电路包括第一运算放大器，电流取样电路包括第二电阻；第一电路主调整管的栅极连接电压输入端，第一电路主调整管的源极连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的输出端连接第一电阻的第一端，第一电阻的第二端连接第一电路主调整管的门极，第一运算放大器的反相输入端连接电压基准电路的第一端，电压基准电路的第二端连接第二电阻的第一端，第二电阻的第一端、电压基准电路的第二端和第一电路主调整管的源极同时连接负载连接端。

优选的，还包括第三电阻和设置电压，恒压负载电路包括第二电路主调整管，恒压控制电路包括第二运算放大器，电压反馈电路包括第四电阻；第二电阻的第一端连接第四电阻的第一端，第四电阻的第二端连接第二运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端连接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端连接第二电路主调整管的门极，第二电路主调整管的栅极连接第二电阻的第二端，第二电路主调整管的源极接地，第二运算放大器的反相输入端连接设置电压。

优选的，电压反馈电路还包括第五电阻，第四电阻的第二端连接第五电阻的第一端，第五电阻的第二端接地。

优选的，电池模拟器包括三种工作状态无输出静态工作状态、对外输出“放电”工作状态和“充电”工作状态。

本实用新型的有益效果为：一种电池模拟器，包括恒流调整电路、电流取样电路、恒压负载电路、恒流控制电路和负载连接端，恒流调整电路的输出端连接电流取样电路的输入端，电流取样电路的第一输出端连接恒流控制电路的输入端，恒流控制电路的输出端连接恒流调整电路的输入端，还包括电压反馈电路和恒压控制电路，恒流调整电路的输出端还连接电压反馈电路的输入端，电压反馈电路的输出端连接恒压控制电路的输入端，恒压控制电路连接恒压负载电路的输入端；恒流调整电路的输出端、电流取样电路的输入端和电压反馈电路的输入端同时连接负载连接端。恒流源电路的电流取样电路嵌入恒压负载电路中，使得“充电”输入的电能直接消耗掉，充、放电状态无缝切换，性能上接近真实电池。

附图说明

为了更清楚、有效地说明本实用新型实施例的技术方案，将实施例中所需要使用的附图作简单介绍，不言自明的是，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来讲，无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图做出其它附图。

图1是本实用新型一种电池模拟器的结构框图。

图2是本实用新型一种电池模拟器的电路结构拓扑图。

图中：

1-恒流调整电路；2-电流取样电路；3-恒压负载电路；4-恒流控制电路；5-电压反馈电路；6-恒压控制电路；7-负载连接端；8-第一电阻；9-电压基准电路；10-第二电阻；11-第三电阻；12-设置电压；13-第四电阻；14-第五电阻。

具体实施方式

本实用新型提供了一种电池模拟器，为了使本领域中的技术人员更清楚的理解本实用新型方案，并使本实用新型上述的目的、特征、有益效果能够更加明白、易懂，下面结合附图1～2和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

一种电池模拟器，包括恒流调整电路1、电流取样电路2、恒压负载电路3、恒流控制电路4和负载连接端7，恒流调整电路1的输出端连接电流取样电路2的输入端，电流取样电路2的第一输出端连接恒流控制电路4的输入端，恒流控制电路4的输出端连接恒流调整电路1的输入端，还包括电压反馈电路5和恒压控制电路6，恒流调整电路1的输出端还连接电压反馈电路5的输入端，电压反馈电路5的输出端连接恒压控制电路6的输入端，恒压控制电路6连接恒压负载电路3的输入端；恒流调整电路1的输出端、电流取样电路2的输入端和电压反馈电路5的输入端同时连接负载连接端7。

本实施例中，恒流调整电路1和恒压负载电路3包括单个MOS管或MOS管阵列。

本实施例中，恒流控制电路4和恒压控制电路6包括单个运算放大器或运算放大器阵列。

本实施例中，恒流调整电路1、电流取样电路2、恒压负载电路3和恒流控制电路4构成一个恒流源电路，电流取样电路2、电压反馈电路5和恒压控制电路6构成恒压负载电路；恒流源电路的电流取样电路2嵌入恒压负载电路中。

本实施例中，还包括第一电阻8和可设置的电压基准电路9，恒流调整电路1包括第一电路主调整管，恒流控制电路4包括第一运算放大器，电流取样电路2包括第二电阻10；第一电路主调整管的栅极连接电压输入端，第一电路主调整管的源极连接第二电阻10的第一端，第二电阻10的第二端连接第一运算放大器的同相输入端，第一运算放大器的输出端连接第一电阻8的第一端，第一电阻8的第二端连接第一电路主调整管的门极，第一运算放大器的反相输入端连接电压基准电路9的第一端，电压基准电路9的第二端连接第二电阻10的第一端，第二电阻10的第一端、电压基准电路9的第二端和第一电路主调整管的源极同时连接负载连接端7。

本实施例中，还包括第三电阻11和设置电压12，恒压负载电路3包括第二电路主调整管，恒压控制电路6包括第二运算放大器，电压反馈电路5包括第四电阻13；第二电阻10的第一端连接第四电阻13的第一端，第四电阻13的第二端连接第二运算放大器的同相输入端，运算放大器的输出端连接第三电阻11的第一端，第三电阻11的第二端连接第二电路主调整管的门极，第二电路主调整管的栅极连接第二电阻的第二端，第二电路主调整管的源极接地，第二运算放大器的反相输入端连接设置电压12。

本实施例中，电压反馈电路5还包括第五电阻14，第四电阻13的第二端连接第五电阻14的第一端，第五电阻14的第二端接地。

本实施例中，电池模拟器包括三种工作状态无输出静态工作状态、对外输出“放电”工作状态和“充电”工作状态。

本实用新型的电池模拟器可以应用于电池供电系统、电池供电设备等产品的研发、调试、验证；应用于电池供电系统、电池供电设备等产品的生产测试、品质检验；应用于充电器产品的研发、调试、验证；应用于充电器产品的生产测试、品质检验；可替代普通可调电源用研发调试、生产测试、品质检验等应用。

本实用新型的产品主要针对小功率电池供电设备，对“充电”输入的电能直接消耗掉，能够实现充、放电状态无缝切换(自动快速转换状态)，性能上接近真实电池。

本实用新型提供的电源装置主要拓扑如图2所示，该拓扑电路主要由一个恒流源电路(图2中虚线框内)和一个恒压负载电路(图2中双点划线框)组成，其中恒流源的取样反馈电路(第二电阻10取样回路)被嵌套入恒压负载电路中。

图中Q1为第一电路主调整管(恒流电路主调整管)，Q2是第二电路主调整管(恒压电路主调整管)，第二电阻10为恒流电路的电流取样反馈电路，电压基准电路9(VREF)是一个可设置的电压基准电路，U1构成恒流控制电路4，该恒流源电路只对Q1、第二电阻10、Q2构成的回路恒流，对输出不恒流，其目的是建立电路的静态工作点。第四电阻13(R4)、第五电阻14(R5)是恒压回路的反馈电路，U2构成恒压控制电路6。

本实用新型电路工作主要有三种工作状态：无输出静态工作状态；对外输出“放电”工作状态；“充电”工作状态。

无输出静态工作状态：在电路输出端悬空状态下上电初始阶段，电压基准电路9(VREF)开始建立，因开始时负载连接端7(OUT)输出为0V，Q2处于截止状态，第二电阻10没有电流流过，U1控制Q1逐渐导通，负载连接端7(OUT)电压开始上升，该电压信号经反馈后送U2同相端与V-SET电压比较，当电压上升到大于等于设置电压12(V-SET)电压后U2控制Q2开始逐渐导通将输出电压拉低，同时流过第二电阻10的电流逐渐增大，当电流增大到大于电压基准电路9(VREF)设置的电流值时U1控制Q1减少导通量，流过Q1的电流逐渐减少直至处于设置的恒定电流值，且负载连接端7(OUT)输出电压为设置的电压值，这时电路趋于稳定，这时恒流电路的恒流值就是电路的静态工作电流。

对外输出“放电”工作状态：当电路进入静态工作状态后，在负载连接端7(OUT)输出端连接负载。此时负载等效并联在第二电阻10、Q2的负载回路，流过Q1的电流一部分被负载分流，导致流过第二电阻10的电流减少输出电压降低，U2控制Q2减少导通量，流经第二电阻10、Q2的电流进一步减少，此时U1控制Q1增大导通量，流经Q1的电流增加，直至输出电压回升到设置的电压值，且流过第二电阻10的电流值等于设置的恒流值，这时电路趋于稳定状态。

“充电”工作状态：当电路进入静态工作状态后，在负载连接端7(OUT)输出端连接一个充电电源时。此时充电电流也会流过第二电阻10、Q2的负载回路，导致流过第二电阻10的电流增加，同时输出电压也随之升高，U2控制Q2增大导通量，流经第二电阻10、Q2的电流进一步增加，此时U1控制Q1减少导通量，流经Q1的电流减小甚至为0，电路过渡到工作在恒压负载状态，最终U2控制Q2使输出端电压稳定在设置的电压值。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池模拟器，包括恒流调整电路(1)、电流取样电路(2)、恒压负载电路(3)、恒流控制电路(4)和负载连接端(7)，所述恒流调整电路(1)的输出端连接所述电流取样电路(2)的输入端，所述电流取样电路(2)的第一输出端连接所述恒流控制电路(4)的输入端，所述恒流控制电路(4)的输出端连接所述恒流调整电路(1)的输入端，其特征在于，还包括电压反馈电路(5)和恒压控制电路(6)，所述恒流调整电路(1)的输出端还连接所述电压反馈电路(5)的输入端，所述电压反馈电路(5)的输出端连接所述恒压控制电路(6)的输入端，所述恒压控制电路(6)连接所述恒压负载电路(3)的输入端；所述恒流调整电路(1)的输出端、电流取样电路(2)的输入端和电压反馈电路(5)的输入端同时连接负载连接端(7)。

2.如权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述恒流调整电路(1)和恒压负载电路(3)包括单个MOS管或MOS管阵列。

3.如权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述恒流控制电路(4)和恒压控制电路(6)包括单个运算放大器或运算放大器阵列。

4.如权利要求1所述的电池模拟器，其特征在于，所述恒流调整电路(1)、电流取样电路(2)、恒压负载电路(3)和恒流控制电路(4)构成一个恒流源电路，所述电流取样电路(2)、电压反馈电路(5)和恒压控制电路(6)构成恒压负载电路；所述恒流源电路的所述电流取样电路(2)嵌入所述恒压负载电路中。

5.如权利要求4所述的电池模拟器，其特征在于，还包括第一电阻(8)和可设置的电压基准电路(9)，所述恒流调整电路(1)包括第一电路主调整管，所述恒流控制电路(4)包括第一运算放大器，所述电流取样电路(2)包括第二电阻(10)；所述第一电路主调整管的栅极连接电压输入端，所述第一电路主调整管的源极连接第二电阻(10)的第一端，所述第二电阻(10)的第二端连接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一电阻(8)的第一端，所述第一电阻(8)的第二端连接所述第一电路主调整管的门极，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述电压基准电路(9)的第一端，所述电压基准电路(9)的第二端连接所述第二电阻(10)的第一端，所述第二电阻(10)的第一端、电压基准电路(9)的第二端和第一电路主调整管的源极同时连接所述负载连接端(7)。

6.如权利要求5所述的电池模拟器，其特征在于，还包括第三电阻(11)和设置电压(12)，所述恒压负载电路(3)包括第二电路主调整管，所述恒压控制电路(6)包括第二运算放大器，所述电压反馈电路(5)包括第四电阻(13)；所述第二电阻(10)的第一端连接所述第四电阻(13)的第一端，所述第四电阻(13)的第二端连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的输出端连接所述第三电阻(11)的第一端，所述第三电阻(11)的第二端连接所述第二电路主调整管的门极，所述第二电路主调整管的栅极连接所述第二电阻的第二端，所述第二电路主调整管的源极接地，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述设置电压(12)。

7.如权利要求6所述的电池模拟器，其特征在于，所述电压反馈电路(5)还包括第五电阻(14)，所述第四电阻(13)的第二端连接所述第五电阻(14)的第一端，所述第五电阻(14)的第二端接地。

8.如权利要求7所述的电池模拟器，其特征在于，所述电池模拟器包括三种工作状态无输出静态工作状态、对外输出“放电”工作状态和“充电”工作状态。