电池测试系统（BTS）的方案介绍

1、前言

电池测试系统（BTS）提供高电压和电流的控制精度进行充电和放电的电池。它主要用于电池生产过程中的制造。电池测试设备也可用于研发部门研究电池性能。

BTS 的一种典型应用是对单节锂离子电池进行充电和放电。考虑到电缆中的压降，执行此操作所需的电压为 0V 至 5V。电池充电时，电源总线电压一般为12V，以获得良好的电压转换效率。

当电池能量释放回电源总线时，总线电压增加到 14V。因此 BTS 需要一个双向转换器，支持 12V 至 14V 输入电压和 0V 至 5V 输出电压。转换器在为电池充电时以降压模式运行，在电池放电时以升压模式运行。

2.方案介绍

LM5170-Q1 双向电流控制器非常适合此应用。该器件调节在 DIR 引脚指定的方向上在高压 (HV) 和低压 (LV) 端口之间流动的平均电流。

图 1 是 LM5170-Q1 的简化原理图。两相交错拓扑可提供高达 100A 的充电或放电电流。其集成的 5A 驱动器有助于优化电压转换效率，这意味着系统的低功耗和良好的热性能。LM5170-Q1 的二极管仿真功能可防止电流与 DIR 引脚选择的方向相反。此功能有助于防止电池在瞬态期间过度充电或放电。

图 1：LM5170-Q1 简化原理图

BTS 的一项关键要求是电流精度，应优于满量程的 0.05%。由于 LM5170-Q1 集成电流放大器无法满足此要求，因此需要外部电流检测电阻和放大器来提高电流精度。

为了证明 LM5170-Q1 在实现此电流精度方面的可行性，TI 发布了用于电池检测系统的相关设计， 以针对以高电流精度对单节锂离子电池进行充电或放电的应用。

图 2 是参考设计的框图。锂离子通过一个 1mΩ 电阻连接到 LM5170EVM 的 LV 端口。HV 端口连接到 12V-14V 总线。使用 INA188 的 1mΩ 电阻器的压降检测通过电池的电流。INA188 的输出馈入 OP07C 运算放大器，后者使用 INA188 输出与参考电压之间的差值生成积分信号。参考电压由本参考设计中未包含的微控制器提供。

OP07C 的输出连接到 LM5170-Q1 的 ISETA 引脚，它调节流经 1mΩ 电阻的电流到电流基准。电池电压也可根据电压参考进行检测和调节。当电池电压没有达到电压参考值时，电池电流被控制在电流参考值。当电池确实达到参考电压时，电压回路会覆盖电流回路，电池电流增加到零。对电池充电或放电的电流方向由逻辑信号控制（在图 2 中表示为“方向”）。该逻辑信号连接到 LM5170-Q1 的 DIR 引脚。它还通过模拟多路复用器控制 INA188 输入信号方向。 

图 2：用于电池测试系统的 50A、0.05% 电流精度电源参考设计框图

图 3 显示了将电池从 1A 充电到 50A 时的电流精度。测试数据显示电流精度远优于0.05%，证明了LM5170-Q1在BTS应用中的能力。

图 3：电池充电电流精度

表 1 显示了不同参考电压条件下的输出电压，与 0.05V-5V 参考电压的电压差距小于 0.5mV，这也适用于 BTS 应用。

表 1：电压控制精度

LM5170-Q1 非常适合需要在两个电源之间进行能量交换的应用。其高驱动电流、二极管仿真和逐周期峰值电流限制功能大大提高了电压转换效率，并在稳定和瞬态期间提供了良好的保护。