低成本、高精度的电池测试设备数字控制方案

电池测试设备，是锂离子电池生产线后处理系统的重要环节，对于锂离子电池的质量至关重要。电池测试设备的核心功能是对锂离子电池进行高精度的恒流或恒压充放电，传统的控制方法以使用分立器件搭建的模拟控制方案为主。相比于传统的模拟控制方案，采用TI的C2000™为核心实现的数字控制方案，由于其低成本、高精度、更灵活、保密性较好等优点，将成为未来电池测试设备主流的发展方向。本文中，将详细介绍如何通过TI的C2000™数字控制方案，有效降低系统成本，并保证极高的电流、电压控制精度。

1低成本

采用TI的C2000数字控制方案的典型结构如图 1所示：电流/电压放大器对电池充放电的电流/电压进行采样，通过模数转换器ADC将模拟信号转化为数字信号并送入C2000™中，C2000根据恒流或恒压指令与采样信号进行环路计算，输出一定占空比的PWM从而调节MOSFET的开关，最终使得buck/boost变换器按照指令通过恒流或恒压的方式对锂电池进行充放电。

图1

相比于模拟方案，由于电压、电流指令和环路控制都在C2000中产生和完成，省去了高分辨率的数模转换器DAC和误差放大器，有效地降低了系统成本。

TMS320F280049是具有100MHz主频、256KB 闪存的 C2000™ 32 位 MCU，通过高分辨率的16bit PWM，最多可以控制8个独立通道的同步buck/boost变换器。采用TMS320F280049的数字控制方案，比传统的模拟控制方案可以节省30%以上的BOM成本。

此外，由于锂离子电池在3C产品、电动汽车、储能等诸多领域都有广泛应用，各类锂离子电池的电流往往差别很大。这导致了电池测试设备若采用模拟控制，往往需要根据电流大小选取不同的硬件方案，增加了研发周期与设备成本。如果采用C2000的数字控制方案，则可以在不改变硬件的前提下，在小电流或大电流模式间自由切换：在小电流时，8各通道可以分别独立运行;在大电流时，则将多个通道并联运行，以输出更大的电流。

图2

如图2所示，在多通道并联运行时，每个通道都将采用同一个恒压环路，恒流环路则各自独立，只需将输出并联后就可以实现更大的输出电流范围。因此，相比于模拟控制，采用C2000的数字控制方案，可以在不改变硬件的条件下适应更广泛的测试场景，大大减少了设备成本。

2 高精度

通过校准，电池测试设备往往可以除去大部分初始系统误差。剩余难以被校准的误差来源主要包括：电流检测电阻的温漂，电流、电压检测放大器的失调与增益温漂、输入共模电压变化带来的失调，ADC的非线性度，基准电压源的温漂。在本文中，按照±5°C的温度变化范围计算误差值。

电流检测电阻：