1.4 基于LM5170的电压环路、电流环路设计以及测试、PCB布板介绍

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这一讲主要是关于 LM5170 外围的电压环电流 以及 LM5170 的 layout 的一些介绍 如前面所提及的 因为 5170 集成的电流采样运放 以及跨导运放它的精度不够 无法满足电池设备的精度要求 所以我们需要使用更高精度的 仪表运放来进行电流采样 并且使用低偏置电压的运放 这部分电路 电流精度控制的核心电路 包括换相电路 要保证换相器件的输出信号方向不变 仪表运放使用 INA188 在放大倍率 温漂 共模抑制比方面 都非常出色 那误差放大器我们使用 OP07 或者大家也可以使用 与它 P2P 的 TLV07 运放经过二极管和限流电阻 接入 LM5170 的模拟 PIN 脚 ISETA 串联二极管的原因 后面会进一步解释 ISET 对地有肖特基二极管 保证 ISET 引脚 不会被拉至于低于 -0.4V 的一个电平 另一个特别需要关注的细节就是 仪表放大器和误差放大器的供电 必须要有稳定的一个供电 在实际应用中 一个功率板上有多个 电池充放电的通道 PCB 的面积很大 而这些供电是相同的 这个就代表供电的电流 走的路程会非常长 很容易产生比较大的纹波 所以需要在这些运放的附近 用 RC 滤波保证供电稳定 那电池电压的 主要控制电路就比较简单 一般可以采用两个 OP07 或者 TLV07 实现 其中一个采样电池两端的电压 那这个取决于电压指定的范围 可以将电压信号缩小一倍 误差放大器保证电池电压 跟随电压指令 运算放大器输出 那通过两个电阻分压后 同样可以进入 LM5170 的 模拟输入端 ISETA 分压电阻的作用呢 是限制 ISETA 的电压不超过五伏 那这个可以根据实际的 设计指标去进行设计 那同样的是在这个地方 我们同样是需要保证 供电的一个稳定性 那前面提到电流环和电压环的 最终输入信号都接入了 5170 的模拟输出 PIN 脚 也就 ISETA 但是方法有一点区别 电压环的输出呢 电压范围是正电压和负电压供电的一半 虽然肖特基将最小值 控制在 -0.3V 左右 电流环通过二极管只有下拉能力 而下拉电流必须要高于 电压环的上拉电流 在电池电压小于 在电池电压小于电压指令时 电压环输出为高电平 但是电流环将 ISETA 的控制在合适数字 使得电池电流等于电流指令 当电池电压等于电压指令后 电压环输出电压减小 电池电流小于电流指令 电流环的运输呢 电流环的运放输出为高电平 但是二极管阻断了这个电压的影响 所以电池电压 电池被控制到电池的电压 那在 PMP15038 的设计上 我们采用了一个非常简单的 矫正控制器的放大倍率 直流偏置量的一个方法 这个方法假定 放大倍率和偏移量在不同电流 和不同电池电压上是固定的 测试给定 20% 和 80% 最大电流指令使得实际值 需要注意的是电流指令 实际信号是电压信号 所以根据20%和80%之间的差 可以计算指令信号 到实际电池的比例为 9.82607 根据20%最大电流指令 和实际电流指令的差 计算出直流偏移约为 -5.9 按实际测试看来 不同电池电压 以及采样电阻的温度系数 对精度都有显著的影响 那大家可以参 TI 最新的参考设计 TIDA01040 的校正方法 那里面有更为详细的一些介绍 左图是在相同的3.6伏电池电压下 1 安到 50 安电池电流的情况下 测试的结果 那最大的误差不超过万分之一 那右图的表2是在同样指令下 电池电压从0.05伏到5伏时 输出电流的情况 随着电池电压的增加 实际电流只变化了两个毫安 测试过程中使用电子负载来模拟电池 那表格3是电压环的控制精度 测试前同样采用类似的方法 校准电压控制 电压指令和实际电压之间误差小于0.5 PCB布板对设计电路的实现 以及控制精度以及可靠运行都非常关键 不好的 pcb 会产生大的开关噪声 可能将开关噪声引入模拟的控制电路 从而引起一系列的问题 pcb 布板一般从功率电路开始布起 因为这是噪声的源头 从减小噪声的角度来说 两个开关器件和高压侧 电流的环路越小越好 但是开关器件的温升要求也会对 开关器件的距离有限制 图中红色部分是 PCB LM5170 功率器件的 一个布板的示意图 那 LM5170 与功率电路的接口 连线同样非常重要 分为两个部分 一个是开关器件的驱动电路 一个是采样线的一个布线 驱动信号是干扰 我们可以将驱动信号并行走线 减小对外的辐射和干扰 采样线是容易受到干扰的线路 同样需要并行走线 尽量减小受到外部的干扰 最好能够用地线屏蔽 那在这里用开尔文连接方法 采样电阻面积一般比较大 但是电流采样上的点非常小 放在采样电路正下方的中心点 或者有些电路有专门的采样 可以进行使用 这是 LM5170 附近的走线 这个是 LM5170 附近的走线 蓝色线为采样信号输入 和驱动走线的输出 以 IC 焊盘作为参考地 功率地单点接入这个参考地 大家更多的 Layout 的细节 可以去参考 LM5170 以及我们的几个参考设计 其中的实际的走线 这一小节的讲解就到此结束 谢谢大家
课程介绍 共计5课时,35分19秒

6A、10A、50A 高效率电池测试设备设计培训

电池 运放 测试设备 高效率 TL594 TLV07

TI不仅为电池测试设备提供各种高性能的模拟和数字产品,还针对电池测试设备提供了一些列的参考设计。在此次视频培训中,主要介绍了三种针对开关型的电池测试设备参考设计。分别是基于TL594的10A电池充放电电源板参考设计、基于LM5170的万分之一精度的50A电池充放电电路参考设计、针对6A以下应用的电池充放电参考设计。另外讲师还介绍了TI的部分热门模拟器件,例如最新的精密运放TLV07,仪表运放以及ADC和DAC等产品。针对于大电流电池测试设备的设计问题,TI在e2e论坛https://e2echina.ti.com/开辟了专场讨论帖
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主讲人简介

Speaker: 曾文涛

华南理工大学自动化硕士,专注于模拟电路的支持,对于步进/无刷直流电机控制、电池管理等方向有深入研究

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