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充電電池廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防科技等領(lǐng)域，而充電電池的檢測與充電是在充電電池使用過程中必須解決的問題。電池智能檢測與充電裝置就是針對充電電池的檢測與充電而專門研發(fā)的一套裝備。在設(shè)計(jì)過程中，充分利用BTS660的高精度大電流開關(guān)這一特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)充電電池在檢測與充電過程中的電流、電壓轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。 1 BTs660性能特點(diǎn) BTS660是Infineon Technologies AG公司生產(chǎn)的一款高精度大電流功率開關(guān)，是一款可以通過自我開啟功能實(shí)現(xiàn)顛倒電池保護(hù)的功率MOSFET，可應(yīng)用于電動機(jī)械的繼電器、保險絲和分立電路的替代；可以作為一個接地負(fù)載，能夠達(dá)到直流48 V的功率開關(guān)；適合類似燈以及發(fā)電機(jī)等加載高瞬時值電流的器件，以及各種類型的電容和電感負(fù)載。 BTS660的主要特點(diǎn)如下：過載保護(hù)；電流限制，負(fù)載電流最大可達(dá)44 A，短路電流限制為90 A；短路保護(hù)；過熱保護(hù)，工作溫度范圍-40～+150℃，存儲溫度范圍為-55～+150℃：工作電壓為5．0～58 V，過壓保護(hù)為70 V；負(fù)極電壓輸出鎖定；電感負(fù)載的快速斷開；低電阻反向電流操作；負(fù)載電流信息的診斷反饋；電流開路負(fù)載檢測；電源掉電保護(hù)；靜電放電保護(hù)。 2 BTS660內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其引腳描述 2．1 內(nèi)部結(jié)構(gòu) BTs660是具有電荷泵的N通道垂直功率場效應(yīng)晶體管，對于負(fù)載電流具有電流控制輸入以及電流反饋診斷的能力，其內(nèi)部集成有多種保護(hù)功能。圖1為BTS660的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖，它由電壓源、電壓傳感器、溫度傳感器、電荷泵標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換調(diào)整器以及過壓、限流、過載保護(hù)等部分組成。 BTS660主要由以下部分組成：1)輸入電路，即靜電放電保護(hù)，當(dāng)流過引腳3的電流IIN為0時，功率開關(guān)接通，該器件開始工作；當(dāng)IIN不為0時，開關(guān)閉合，器件停止工作。2)過壓保護(hù)電路，當(dāng)電壓傳感器檢測到電壓超過70 V時，邏輯控制電路就會斷開電壓源電壓。3)電荷泵標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換調(diào)整器；4)輸出電壓檢測電路，檢測輸出電壓大小，防止電壓過高或過低；5)過載限制電路，檢測負(fù)載大小，當(dāng)負(fù)載過大時，限制負(fù)載起保護(hù)作用。6)電流判斷與保護(hù)電路，判斷電流大小，過流時起保護(hù)作用。 2．2 引腳描述 BTS660采用T0220-7SMD封裝，共7個引腳，各引腳功能如下：1)引腳1，2，6，7：負(fù)載輸出，這些引腳必須短接，特別是在大電流應(yīng)用中；2)引腳3：輸入端，當(dāng)該引腳為低電平時功率開關(guān)接通；3)引腳4：電源輸入端，正常情況下工作電壓為5．0～58 V：4)引腳5：負(fù)載電流流通比例的診斷反饋。 3 BTS660在電池智能檢測與充電裝置中的應(yīng)用 根據(jù)檢測對象——軍用充電電池的特點(diǎn)，電池智能檢測與充電裝置主要能夠完成電池容量檢測、快速充電、正常充電、電池放電、電池修復(fù)等功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要求通過器件的電流變化范圍比較大，而且由于采用了反向脈沖充電法實(shí)現(xiàn)電池充放電，在一個脈沖周期內(nèi)要實(shí)現(xiàn)一次充放電的轉(zhuǎn)換，所以對控制器件要求很高。在設(shè)計(jì)初，選用其他器件進(jìn)行控制，但效果較差，且很容易燒毀，經(jīng)過反復(fù)論證、查閱資料，最終確定使用BTS660作為充放電控制器。 根據(jù)BTS660的功能及特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電池智能檢測與充電裝置時，采用BTS660實(shí)現(xiàn)電池充放電的控制，其應(yīng)用設(shè)計(jì)電路圖如圖2所示。圖2中使用了2片BTS660(U1和U2)，其中Ul控制充電過程電流，U2控制放電過程電流，U1的輸出作為U2的輸入，這樣可以實(shí)現(xiàn)器件級聯(lián)，INPUT端接恒流源。BTS660的引腳4接電源；引腳1、2、6、7短接作為輸出，輸出端接負(fù)載，在充電時負(fù)載為充電電池，放電時負(fù)載為放電電阻；引腳3為輸入，輸入端接有4N25以實(shí)現(xiàn)光電隔離；在引腳5和地之間接有一只放電電阻，該引腳輸出為充放電采樣電流，通過電壓采樣電路接單片機(jī)。 在充放電回路控制中，充電和放電回路各由1個BTS660進(jìn)行控制。充電時，當(dāng)U1的引腳3為低電平，U1導(dǎo)通，恒流源和充電電池形成充電回路，此時，U1的引腳5輸出的電流(0UTl)經(jīng)過充電電流采樣電路把數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)接口，單片機(jī)發(fā)出指令來控制電池的充電。0UT3為系統(tǒng)提供電池端電壓采樣；放電時，當(dāng)U2的引腳3為低電平時，U2導(dǎo)通，充電電池和大電流放電負(fù)載形成回路，此時，U2的引腳5輸出的電流(0UT2)經(jīng)過放電電流采樣電路把數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)的接口，單片機(jī)發(fā)送指令控制電池放電。 在充放電過程中，BTS660的引腳3控制其導(dǎo)通(接地導(dǎo)通)，引腳5反映了該器件輸出電流Is的大小，可由式(1)計(jì)算： 式中，Is為引腳5輸出的反饋電流，IL為BTS660輸出到電池的電流，Kilis取值與溫度和IL有關(guān)。 檢測電流時，在BTS660的引腳5上串接一只電阻至地，其阻值為： 式中，IL(M)為正常工作時BTS660輸出的最大電流，Vbb為其輸入電壓。經(jīng)過計(jì)算，選用l kΩ電阻。 實(shí)驗(yàn)證明，將BTS660應(yīng)用于電池智能檢測與充電裝置中，完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。電池檢測與充電裝置也成功運(yùn)用于生產(chǎn)中，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。 4 結(jié)束語 BTS660是一款高精度大電流功率開關(guān)，其功能強(qiáng)大、價格較低，特別適合各種電池保護(hù)以及大型充電器的設(shè)計(jì)等方面。利用BTS660作為核心控制器件設(shè)計(jì)的電池智能檢測與充電裝置已經(jīng)批量生產(chǎn)，并成功應(yīng)用于某軍事領(lǐng)域，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。 |
