如何確定鉛酸電池平衡器的平衡電流

2021-01-07 電子產品世界

　　LTC3305是一款鉛酸電池平衡器，其採用一個輔助電池或一個可供替代的蓄電池(AUX)與串接式電池組內部的個別電池之間來回傳輸電荷。平衡器控制外部NMOS開關以把輔助電池順序地連接至電池組中的每節電池。為了防止損壞NMOS開關及其互連PCB走線，需要使用一個電流限制器件。陶瓷正溫度係數(PTC)熱敏電阻便是此類器件之一。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/277031.htm

　　PTC熱敏電阻器負責限制在AUX電池與電池間連接的峰值電流。當AUX電池與所連接電池之間的差分電壓(VDIFF)相對較小時，流過PTC的電流處於低水平，其溫度也很低，而且PTC呈現出恆值電阻器的特性。當VDIFF增加時，電流增大，且PTC的溫度升高。如圖1所示，當PTC的溫度達到其居裡點(Curie point)時，其電阻急劇增加。一旦達到居裡點，則由PTC的電阻對電流加以限制。這樣，PTC就起到了一個恆定功率器件的作用，可在VDIFF增加時限制通過的電流。

　　預測LTC3305的平衡電流需要為介於AUX電池和被平衡電池之間的總電路電阻繪製一幅電流-電壓曲線圖。然後把這根線疊加在PTC的電流-電壓(I-V)靜態特徵曲線上(圖2)。PTC電流-電壓特徵曲線可從PTC供應商處獲得，或在實驗室中產生。一旦獲知了總的電路電阻，接著就可以採用PTC電流-電壓特徵曲線來計算流過電池和AUX電池的電流。

　　

 

　　圖1：Murata PTC的電阻-溫度特性

　　

 

　　圖2：PTC電流-電壓特徵曲線

　　預測平衡電流

　　AUX電池與電池之間的總電路電阻包括AUX電池的ESR (ESRAUX)和電池的ESR (ESRBAT)、MOSFET開關的RDS(ON)和PTC電阻(RPTC)。當對BAT1和BAT4進行平衡時，在電路中有4個串聯的(NFET = 4)MOSFET開關，而對BAT2和BAT3實施平衡時電路中則具有5個串聯的(NFET = 5) MOSFET開關(見LTC3305產品手冊的第一頁)。電池和輔助電池之間的任何互連電阻都可集總到各自的電池和AUX電池的ESR中。該互連電阻必須包括正和負端的互連電阻。下面的表達式給出了輔助電池與電池之間的總電阻(RTOTAL)，式中的NFET為串聯MOSFET開關的數量。

　　RTOTAL = ESRAUX + ESRBAT + RPTC + NFET.RDS(ON)

　　圖3示出了疊加在PTC I-V特徵曲線上的RTOTAL線。箭頭線是針對各種不同VDIFF之平衡電流的軌跡。當VDIFF增加時，平衡電流沿著總電阻曲線增大。當該差分電壓產生了一個超過居裡點電流的平衡電流時，PTC電阻增加，並最終在總的電路電阻中居主導地位。居裡點電流在產品手冊中被稱為跳變電流。隨著PTC電阻的不斷增加，平衡電流驟降，並逐漸接近PTC I-V曲線的負斜率。

　　

 

　　圖3：疊加在PTC特徵曲線之上的RTOTAL線

　　最後，在AUX電池和被平衡的電池之間傳輸了足夠的電荷，而且VDIFF開始下降。當VDIFF減小時，則在另一方向遵循I-V特徵曲線。隨著VDIFF的減小，平衡電流遵循RTOTAL I-V曲線而增大，直至其達到居裡點電流為止。PTC電阻在該點上保持恆定，而平衡電流的變化則遵循RTOTAL線。

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