CN211236162U - 便携式锂电双向充放电测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种便携式锂电双向充放电测试仪，包括三相整流电路、双向DC/DC变换电路和PWM控制器，所述双向DC/DC变换电路包括开关管S1、开关管S2、抽头电感L1、电容C1、电容C2，抽头电感L1引入了额外的设计自由度，开关管的占空比不仅仅取决于电压增益，增大抽头电感L1的匝数比可提高占空比，从而解决了传统非隔离型Buck‑Boost变换器存在小占空比的问题，电路可以稳定的输出一个较低的电压以给锂电池充电；由于采用了非隔离型半桥变换器，电路结构简单、体积小，便于携带。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种便携式锂电双向充放电测试仪。
背景技术
随着能源短缺和环境污染问题的加剧，储能电站、电动汽车以及新能源的应用逐渐增大，锂电池开始被大量应用。在锂电池的使用过程中，需要大量的充电装置，且锂电池在使用前，需要对其进行多次充放电测试。锂电充放电测试仪一般包括电源、PWM控制器、测试芯片、三相整流电路、双向DC/DC变换电路，其中，三相整流电路用于将交流电转换为直流，也可将直流电逆变回馈到电网，双向DC/DC变换电路用于将三相整流电路的高电压进行降压和锂电池匹配，也可以将锂电池电压升高再通过三相整流电路将能量回馈到电网。
目前，双向DC/DC变换电路一般采用非隔离型Buck-Boost变换器，传统非隔离型Buck-Boost变换器处于Buck降压模式时，其占空比完全由电压增益决定，即在给定输入电压前提下只取决于电池侧电压，对于高阶Buck降压变换的应用中，占空比变得非常小，因此调节周期非常短，当给锂电池充电时，由于占空比太小，电路不能稳定的输出一个较低的电压。
实用新型内容
本实用新型解决的问题是：传统锂电充放电测试仪给锂电池充电时，由于占空比太小，电路不能稳定的输出一个较低的电压。
为解决上述问题，本实用新型提出一种便携式锂电双向充放电测试仪，包括三相整流电路、双向DC/DC变换电路和PWM控制器，所述双向DC/DC变换电路包括开关管S1、开关管S2、抽头电感L1、电容C1、电容C2，所述三相整流电路的直流侧正极依次经抽头电感L1的绕组n1、开关管S1的输入端、开关管S1的输出端、抽头电感L1的绕组n2与锂电池的正极相连，所述三相整流电路的直流侧负极与锂电池的负极相连，所述三相整流电路的直流侧正极还经电容C1与其直流侧负极相连，锂电池的正极还经电容C2与其负极相连，开关管S1输出端、抽头电感L1绕组n2的公共端与开关管S2的输入端相连，开关管S2的输出端与锂电池的负极相连，所述PWM控制器的第一PWM引脚、第二PWM引脚分别与开关管S1、开关管S2的控制端一一对应相连。
可选的，开关管S1、开关管S2均为MOS管。
可选的，所述双向DC/DC变换电路还包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5，开关管S1的栅极经电阻R1与开关管S1的源极相连，电阻R2接入开关管S1栅极与所述第一PWM引脚之间，开关管S2的栅极经电阻R4与开关管S2的源极相连，电阻R5接入开关管S2栅极与所述第二PWM引脚之间。
可选的，所述双向DC/DC变换电路还包括稳压二极管D1、稳压二极管D3，开关管S1的栅极经稳压二极管D1的负极、稳压二极管D1的正极与开关管S1的源极相连，开关管S2的栅极经稳压二极管D3的负极、稳压二极管D3的正极与开关管S2的源极相连。
可选的，所述双向DC/DC变换电路还包括电阻R3、电阻R6、二极管D2、二极管D4，开关管S1的栅极还依次经电阻R3、二极管D2的正极、二极管D2的负极与所述第一PWM引脚相连，开关管S2的栅极还依次经电阻R6、二极管D4的正极、二极管D4的负极与所述第二PWM引脚相连。
可选的，电阻R3的阻值小于电阻R2的阻值，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值。
可选的，所述双向DC/DC变换电路还包括电容C3、二极管D5、二极管D6，所述三相整流电路直流侧正极、抽头电感L1绕组n1的公共端依次经二极管D5的负极、二极管D5的正极、二极管D6的负极、二极管D6的正极与所述三相整流电路的直流侧负极相连，抽头电感L1绕组n1、开关管S1输入端的公共端经电容C3与二极管D5、二极管D6的公共端相连。
相对于现有技术，本实用新型所述的便携式锂电双向充放电测试仪具有以下优势：
(1)本实用新型所述的便携式锂电双向充放电测试仪的双向DC/DC变换电路中，抽头电感L1引入了额外的设计自由度，开关管的占空比不仅仅取决于电压增益，增大抽头电感L1的匝数比可提高占空比，从而解决了传统非隔离型Buck-Boost变换器存在小占空比的问题，电路可以稳定的输出一个较低的电压以给锂电池充电；由于采用了非隔离型半桥变换器，电路结构简单、体积小，便于携带；
(2)本实用新型所述的便携式锂电双向充放电测试仪的双向DC/DC变换电路中，电阻R3的阻值小于电阻R2的阻值，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值，当驱动信号从高电平变为低电平瞬间，由于电阻R3的压降小于相同驱动关断电流在电阻R2上产生的压降，电阻R6的压降小于相同驱动关断电流在电阻R5上产生的压降，MOS管栅极电容存储的电荷可通过过二极管与电阻构成的放电通道快速放电，有利于加快MOS管关断的速度；
(3)本实用新型所述的便携式锂电双向充放电测试仪的双向DC/DC变换电路中，开关管S1关断时，抽头电感L1绕组n1的漏感电流通过电容C3、二极管D5形成回路，从而使漏感能量存储在电容C3中，若电容C3足够大的话，电容C3两端增大的电压就会非常小，这样可将开关管S1的关断电压应力有效的钳位在安全范围，起到保护开关管S1的作用。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的双向DC/DC变换电路的电路图；
图2为本实用新型实施例所述的双向DC/DC变换电路的另一电路图；
图3为本实用新型实施例所述的双向DC/DC变换电路的另一电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，其为本实施例中便携式锂电双向充放电测试仪的双向DC/DC变换电路的电路图，所述双向DC/DC变换电路包括三相整流电路、双向DC/DC变换电路和PWM控制器，所述双向DC/DC变换电路包括开关管S1、开关管S2、抽头电感L1、电容C1、电容C2，所述三相整流电路的直流侧正极依次经抽头电感L1的绕组n1、开关管S1的输入端、开关管S1的输出端、抽头电感L1的绕组n2与锂电池的正极相连，所述三相整流电路的直流侧负极与锂电池的负极相连，所述三相整流电路的直流侧正极还经电容C1与其直流侧负极相连，锂电池的正极还经电容C2与其负极相连，开关管S1输出端、抽头电感L1绕组n2的公共端与开关管S2的输入端相连，开关管S2的输出端与锂电池的负极相连，所述PWM控制器的第一PWM引脚、第二PWM引脚分别与开关管S1、开关管S2的控制端一一对应相连。
其中，开关管S1、开关管S2可为IGBT或MOS管，当为IGBT时，开关管的输入端、输出端、控制端分别为IGBT的集电极、发射极、栅极，当为MOS管时，开关管的输入端、输出端、控制端分别为MOS管的漏极、源极、栅极。本实施例中，PWM控制器的第一PWM引脚输出PWM信号控制开关管S1的导通与关断，PWM控制器的第二PWM引脚输出PWM信号控制开关管S2的导通与关断。PWM控制器控制开关管S1工作、开关管S2一直关断时，电路处于Buck状态，即降压状态，可进行锂电池的充电测试过程，PWM控制器控制开关管S2工作、开关管S1一直关断时，电路处于Boost状态，即升压状态，可进行锂电池的放电测试过程。
本实施例中，由于采用了抽头电感L1，锂电池在充电和放电周期内，有效电感不同，在充电过程中，绕组n1和绕组n2的电感是有效的，而在放电过程中只有绕组n2的电感是有效的。也就是说，所述双向DC/DC变换电路在传统非隔离型Buck-Boost变换器中增加了一个耦合绕组n1。设定抽头电感L1的匝数比为n＝n1/n2，降压模式中，忽略电流纹波以简化分析，匝数比n与占空比D、电压增益M的关系如下：
其中，Vbat为锂电池电压，Vin为双向DC/DC变换电路的输入电压，M＝Vbat/Vin。
由上可知，开关管的占空比D不仅仅取决于电压增益，抽头电感L1引入了额外的设计自由度，增大抽头电感L1的匝数比可提高占空比，从而解决了传统非隔离型Buck-Boost变换器存在小占空比的问题，电路可以稳定的输出一个较低的电压以给锂电池充电。由于采用了非隔离型半桥变换器，电路结构简单、体积小，便于携带。
可选的，开关管S1、开关管S2均为MOS管。MOS管适用于小电流场合，IGBT可适用于大电流场合，MOS管即可满足本实施例的需求，且MOS管的价格低于IGBT，节约成本。
可选的，如图2所示，所述双向DC/DC变换电路还包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5，开关管S1的栅极经电阻R1与开关管S1的源极相连，电阻R2接入开关管S1栅极与所述第一PWM引脚之间，开关管S2的栅极经电阻R4与开关管S2的源极相连，电阻R5接入开关管S2栅极与所述第二PWM引脚之间。
其中，电阻R2和电阻R5起到限流作用，并与MOS管的栅源等效电容构成RC电路，限制MOS管开通的速度，避免由于过快的开通关断速度而导致MOS管栅源电压过高损坏开关管。电阻R1和电阻R4为MOS管的栅源提供能量释放回路，可以有效防止MOS管在外界干扰下的电荷积累，造成MOS管误导通，使得上下桥臂的直通，损坏MOS管。
可选的，如图2所示，所述双向DC/DC变换电路还包括稳压二极管D1、稳压二极管D3，开关管S1的栅极经稳压二极管D1的负极、稳压二极管D1的正极与开关管S1的源极相连，开关管S2的栅极经稳压二极管D3的负极、稳压二极管D3的正极与开关管S2的源极相连。
由于MOS管对驱动电压的范围有要求，故在MOS管栅源之间加入稳压二极管D1、D3，使得MOS管栅源极电压范围处于允许的电压范围之内，同时稳压二极管D1、D3也可以钳位外部干扰的瞬间较高电压，保证了驱动信号的正常，以免损坏MOS管。
可选的，如图2所示，所述双向DC/DC变换电路还包括电阻R3、电阻R6、二极管D2、二极管D4，开关管S1的栅极还依次经电阻R3、二极管D2的正极、二极管D2的负极与所述第一PWM引脚相连，开关管S2的栅极还依次经电阻R6、二极管D4的正极、二极管D4的负极与所述第二PWM引脚相连。
其中，电阻R3和二极管D2构成开关管S1栅极的放电通道，电阻R6和二极管D4构成开关管S2栅极的放电通道，当驱动信号从高电平变为低电平瞬间，MOS管栅极电压直接通过二极管与电阻构成的放电通道进行放电，可加快MOS管关断的速度。
可选的，电阻R3的阻值小于电阻R2的阻值，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值。当驱动信号从高电平变为低电平瞬间，由于电阻R3的压降小于相同驱动关断电流在电阻R2上产生的压降，电阻R6的压降小于相同驱动关断电流在电阻R5上产生的压降，MOS管栅极电容存储的电荷可通过过二极管与电阻构成的放电通道快速放电，有利于加快MOS管关断的速度。
可选的，如图3所示，所述双向DC/DC变换电路还包括电容C3、二极管D5、二极管D6，所述三相整流电路直流侧正极、抽头电感L1绕组n1的公共端依次经二极管D5的负极、二极管D5的正极、二极管D6的负极、二极管D6的正极与所述三相整流电路的直流侧负极相连，抽头电感L1绕组n1、开关管S1输入端的公共端经电容C3与二极管D5、二极管D6的公共端相连。
在电路的实际工作中，当开关管S1断开时，抽头电感L1绕组n1的漏感电流不能全部耦合到绕组n2，因此漏感电流会不断地流过开关管S1的漏源电容，漏感中存储的所有能量会转移到开关管S1的漏源电容中，会使开关管S1两端有一个巨大的电压尖峰，很容易损坏开关管S1。
本实施例中，当电路工作在Buck模式时，开关管S1关断时，抽头电感L1绕组n1的漏感电流通过电容C3、二极管D5形成回路，从而使漏感能量存储在电容C3中，若电容C3足够大的话，电容C3两端增大的电压就会非常小，这样可将开关管S1的关断电压应力有效的钳位在安全范围。当开关管S1导通时，存储在电容C3中的漏感能量通过二极管D6和绕组n2放电，电容C3两端电压返回到稳态值，所有漏感能量完全释放给二次侧。
小虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种便携式锂电双向充放电测试仪，包括三相整流电路、双向DC/DC变换电路和PWM控制器，其特征在于，所述双向DC/DC变换电路包括开关管S1、开关管S2、抽头电感L1、电容C1、电容C2，所述三相整流电路的直流侧正极依次经抽头电感L1的绕组n1、开关管S1的输入端、开关管S1的输出端、抽头电感L1的绕组n2与锂电池的正极相连，所述三相整流电路的直流侧负极与锂电池的负极相连，所述三相整流电路的直流侧正极还经电容C1与其直流侧负极相连，锂电池的正极还经电容C2与其负极相连，开关管S1输出端、抽头电感L1绕组n2的公共端与开关管S2的输入端相连，开关管S2的输出端与锂电池的负极相连，所述PWM控制器的第一PWM引脚、第二PWM引脚分别与开关管S1、开关管S2的控制端一一对应相连。
2.根据权利要求1所述的便携式锂电双向充放电测试仪，其特征在于，开关管S1、开关管S2均为MOS管。
3.根据权利要求2所述的便携式锂电双向充放电测试仪，其特征在于，所述双向DC/DC变换电路还包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5，开关管S1的栅极经电阻R1与开关管S1的源极相连，电阻R2接入开关管S1栅极与所述第一PWM引脚之间，开关管S2的栅极经电阻R4与开关管S2的源极相连，电阻R5接入开关管S2栅极与所述第二PWM引脚之间。
4.根据权利要求3所述的便携式锂电双向充放电测试仪，其特征在于，所述双向DC/DC变换电路还包括稳压二极管D1、稳压二极管D3，开关管S1的栅极经稳压二极管D1的负极、稳压二极管D1的正极与开关管S1的源极相连，开关管S2的栅极经稳压二极管D3的负极、稳压二极管D3的正极与开关管S2的源极相连。
5.根据权利要求3所述的便携式锂电双向充放电测试仪，其特征在于，所述双向DC/DC变换电路还包括电阻R3、电阻R6、二极管D2、二极管D4，开关管S1的栅极还依次经电阻R3、二极管D2的正极、二极管D2的负极与所述第一PWM引脚相连，开关管S2的栅极还依次经电阻R6、二极管D4的正极、二极管D4的负极与所述第二PWM引脚相连。
6.根据权利要求5所述的便携式锂电双向充放电测试仪，其特征在于，电阻R3的阻值小于电阻R2的阻值，电阻R6的阻值小于电阻R5的阻值。
7.根据权利要求1所述的便携式锂电双向充放电测试仪，其特征在于，所述双向DC/DC变换电路还包括电容C3、二极管D5、二极管D6，所述三相整流电路直流侧正极、抽头电感L1绕组n1的公共端依次经二极管D5的负极、二极管D5的正极、二极管D6的负极、二极管D6的正极与所述三相整流电路的直流侧负极相连，抽头电感L1绕组n1、开关管S1输入端的公共端经电容C3与二极管D5、二极管D6的公共端相连。
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