模擬電池仿真電路圖及原理分析

在電源類電子產(chǎn)品的生產(chǎn)檢驗過程中，需要用到許多檢測設(shè)備對產(chǎn)品的電氣性能進行測試，其中常用的一種檢測設(shè)備就是電子負載，通過改變電子負載的參數(shù)，可以檢測到電源產(chǎn)品的輸出特性。

但在充電器這種特殊的電子產(chǎn)品中，由于其負載是電池，若要完整地檢測一個電池從放空到充滿整個過程中充電器的輸出特性，需要花很長時間對電池做一個完整的充電過程，而這么長的充電時間顯然會使生產(chǎn)效率低下，而且經(jīng)常的測試也會使被用來充電的電池壽命縮短，并使內(nèi)阻增大，進而影響測試結(jié)果的準確性?；谶@種考慮，筆者設(shè)計了一種模擬電池電路，它可以完全地模擬真正的電池，可以被充電，也可以放電，而且其電壓可隨意設(shè)定，經(jīng)在生產(chǎn)中實際使用，效果很好。其電路如下圖所示。

模擬電池仿真電路

其電路原理分析如下：

220V市電經(jīng)變壓器降壓后，得到12V左右的不穩(wěn)定交流電壓，該電壓經(jīng)VD3-VD6整流，經(jīng)L1、C7濾波后，得到不穩(wěn)定的12V直流電，N2、R1-R6、C2構(gòu)成穩(wěn)壓電路，其輸出為穩(wěn)定的5V電源，該電源提供給LM358運算放大器，作為LM358的電源使用。N2的第一腳為恒定的2.5V，作為基準電壓經(jīng)分壓后提供給LM358作比較用。

電路的輸出電壓經(jīng)R7與R13、R17分壓后反饋給2個運放，從而控制V1和V3兩個三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。

該電路能真實地模擬出電池的特性，可以在對外部放電與被充電器充電兩種狀態(tài)間自動轉(zhuǎn)換，同時電池的電壓可設(shè)，并且非常穩(wěn)定。當對外供電時，當輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)R7與R13、R17分壓后反饋給N1A運放，從而調(diào)整V2的導(dǎo)通狀態(tài)，進面控制V1的導(dǎo)通狀態(tài)，使電壓迅速穩(wěn)定在所設(shè)值。當被充電時，若輸出電壓發(fā)生變化，經(jīng)R7與R13、R17分壓后反饋給N1B運放，從而調(diào)整V3的導(dǎo)通狀態(tài)，使電壓迅速穩(wěn)定在所設(shè)值。

由于R5的存在，N1A與N1B運放的基準電壓會相差0.4mV，因此當輸出端對外供電時，V3是完全截止的，而當外部電源對輸出端充電時，V1是截止的，其充電電流通過R12、R11、VD2、V3泄放掉，相當于充電。移去充電電源后，電路會恢復(fù)到對外供電狀態(tài)。其特性與實際的電池完全一樣。

由于真正的電池含有內(nèi)阻，電路中R12用來充當電阻內(nèi)阻的作用，其值為0.03Ω，若需增大模擬電池的內(nèi)阻值，可增大該電阻值。

R13電位器用來調(diào)整模擬電池的電壓，其阻值減小時，輸出端電壓升高，其阻值升高時，輸出端電壓降低，R17用來微調(diào)輸出電壓，作精確調(diào)節(jié)電壓用。

受TL431基準電壓影響，該電路的最低仿真電壓只能做到1.25V，若需要更低的電池仿真電壓，可以通過改變基準電壓來實現(xiàn)，比如將TL431改為TL432，或者通過改變電阻值，這樣仿真電壓可以低至0.75V或更低。

筆者也曾用該電路來仿真鋰離子電池，用來測試鋰離子電池保護電路的保護參數(shù)，所測得的保護值非常精確。

該電路由于同時具有穩(wěn)壓電路與電子負載電路，并且此兩部分電路為非此即彼的關(guān)系，因此也可以單獨作為電源來使用，或者單獨作為有源電子負載來使用，其負載電壓可任意設(shè)定。