СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 6/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 72 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2016 Напряжение Ток Разрядка в режиме CC Зарядка в режиме CV Ток отключения Зарядка в режиме CC Зарядка Разрядка Покой Время Время 0 А Разрядка в режиме CC Источник питания Аккумулятор Идеальный источник ЭДС V пост Последовательное внутреннее сопротивление Снижение уровня шума в устройствах зарядки аккумуляторов Рис. 1. Типичный цикл зарядки/разрядки литий-ионного аккумулятора Рис. 2. Схема зарядки аккумулятора с малым внутренним сопротивлением Стандартные источники питания, как правило, имеются в любой исследовательской лаборатории. Они могут оказаться удобнее специальных аккумуляторных тестеров, поскольку стандартные источники питания и электронные нагрузки можно запрограммировать так, чтобы проверить широкое разнообразие профилей зарядки и разрядки в соответствии с требованиями конкретного приложения. Боб Золло, Keysight Technologies На этапе разработки устройств с питанием от аккумуляторных бата- рей инженеры должны оценивать при- годность аккумуляторов для данного приложения. И хотя такие испытания рекомендуется проводить с помощью специального контрольно-измеритель- ного оборудования, иногда инженеры используют стандартные источники питания для зарядки аккумуляторов и стандартные электронные нагрузки для их разрядки. Рассмотрим применение стандартно- го источника питания на этапе заряд- ки типичного цикла зарядки/разряд- ки литий-ионного аккумулятора (см. рис. 1). Зарядка выполняется с помо- щью источника питания, запрограм- мированного на нужный ток зарядки аккумулятора и работающего в режи- ме стабилизации тока (CC). По мере зарядки аккумулятора напряжение на нём растёт. Со временем аккуму- лятор заряжается до своего напряже- ния холостого хода. К этому моменту источник питания достигает запро- граммированного предельного зна- чения напряжения (которое должно быть равно напряжению на аккумуля- торе в режиме холостого хода) и пере- ходит в режим стабилизации напряже- ния (CV). В режиме CV ток, втекающий в аккумулятор из источника питания, начинает спадать, а напряжение оста- ётся постоянным. Когда ток спадёт до некоторого заданного предела, заряд- ку нужно прекратить. Например, если заряжать аккумулятор большой ёмко- сти (электромобиля и пр.), то при мак- симальном токе зарядки 20 А ток отклю- чения может равняться лишь 50 мА. По достижении тока отключения аккуму- лятор считается полностью заряжен- ным, зарядка прекращается, а цикл зарядки/разрядки переходит к следу- ющему этапу – обычно, к некоторому периоду покоя. Какой прибор применить для изме- рения тока зарядки аккумулятора? Поскольку речь идёт о зарядке боль- шим током, измерение тока простым амперметром непрактично, так как максимальный ток может превысить допустимый измеряемый ток цифро- вого мультиметра. Предположим, что для измерения тока зарядки использу- ется встроенный амперметр источни- ка питания. Как уже было сказано, для опреде- ления момента окончания зарядки мы измеряем ток и сравниваем его с током отключения. Но если в изме- ряемом токе присутствует шум, то опре- делить точный момент отключения будет непросто: по сравнению с мак- симальным током зарядки ток отклю- чения мал (доли процента, то есть ниже класса точности популярных амперме- тров), поэтому шум может представлять собой достаточно серьёзную проблему. Так, если при полном токе зарядки 20 А присутствует шум в 100 мА (погреш- ность измерения 0,5%), то он замаски- рует ток отключения 50 мА и затруднит точное определение момента оконча- ния зарядки. И СТОЧНИКИ ШУМА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ТОКА Обычно схема измерения очень про- ста – источник питания подключён к аккумулятору, который надо заря- дить (см. рис. 2). Аккумулятор условно представляют в виде идеального источ- ника ЭДС, последовательно с которым включён резистор, имитирующий внутреннее сопротивление. Послед- нее можно измерить как сопротивле- ние по переменному току с помощью специального контрольно-измеритель- ного оборудования для аккумуляторов или с помощью измерителя иммитанса. Внутреннее сопротивление аккумуля- тора лежит в диапазоне от нескольких десятков мОм для больших аккумуля- торов до сотен мОм для аккумуляторов