TI高性能充放电方案在电池测试设备中的应用
电池测试设备是电池制造行业的必需设备和基础设施。随着电动汽车、便携式消费电子等应用对锂电池的需求不断增加，锂电池测试设备的需求也一路上行。
电池测试设备用于在向客户发货之前验证电池的功能和性能。在组装电池单元或电池组之后，每个单元必须至少经历 一个完全受控的充电或放电循环，以初始化该设备并将 其转换为正常工作的储电设备。电池测试设备的主要功能是对电池容量、效率、倍率、高温性能、低温性能、存储性能及内阻等指标进行测试，对于电池测试设备的系统设计最重要的三个指标是充放电精度，成本和转换效率。
对于电池测试设备的核心功能电池充放电，市面上流行的主要有两种解决方案：使用dsp实现的数字方案和使用分立器件搭建的模拟方案。无论是dsp方案还是分立方案都有各自的缺点，dsp方案的软件开发难度大，分立方案硬件开发难度大，导致两种方案设计周期都比较长，总体开发成本比较高。
为了帮助电池测试设备厂商缩短研发时间，能将产品快速投入市场，ti近期推出两套高性能，高集成度，低成本的电池充放电解决方案，分别针对中大功率(10a～200a)应用和小功率(3a～6a)应用。
首先是针对中大功率应用，ti的参考设计为 tida-01041x 系列。tida-01041x系列针对不同电流需求提供3套方案，分别为tida-01040(0~50a), tida-01041(0~100a), tida-01042(0~200a), 所有方案都保证<=0.02%的全量程充放电电流精度和<=0.01%的充放电电压精度。
如下图所示，tida-01041x 整个系统主要由四部分组成：核心器件lm5170 (蓝色区域)负责功率升降压部分，主要功能包括多相位处理，方向切换，峰值电流控制，防电流倒灌等；ina188仪表放大器负责高边恒流检测；lm6142负责电压放大检测；ads131a04 (24-bit高精度adc) 和dac80004 (16-bit高精度dac) 负责电流电压的实时读取和实时设置，可以通过ti提供的上位机图形界面读取信息及进行操作。
lm5170是ti的明星产品，同时也是整个系统的核心。lm5170内部集成双路5a mosfet半桥驱动器可以提供高达100a的持续输出电流。同时单颗lm5170可以支持双相交错控制，进而可以有效降低电感感值，电容容值和输入输出电压纹波。对于要求高于100a的应用，lm5170支持多片错相并联来提供更大电流能力，下图展示了几种多片错相并联的方案。
此外，相对于dsp方案，lm5170由于同时支持峰值电流检测和平均电流检测，响应速度和建立时间要快很多。下图波形是基于tida-01041(100a)评估板的-100a到+100a电流跳变测试（该波形为其中一个相位 -25a ~ +25a， 4个相位电流总和为-100a ~ +100a)。蓝色信号为方向控制dir引脚，红色为lm5170的给定电流参考信号iseta，黄色为输出电压vout，绿色为iout电流。从下图我们可以看到，-100a到+100a 电流跳变条件下lm5170的响应时间仅仅为400µs，远远低于dsp方案在同样测试条件下的响应时间（通常高于5ms）。
ti针对于小功率(<=6a) 电池检测应用推出了高精度低成本方案pmp15043。该方案主要有3个部分构成，tps61178升压dc/dc负责放电部分， tps54821降压dc/dc负责充电部分，电流检测由ina188仪表放大器实现，电压检测则可由低成本运放tlv07来实现。
目前，市面上小功率 (=10a)还是对于小功率应用场景(<6a)，ti都可以提供相应的最高性价比的方案。通过下面的链接可以查看详细的设计文档和测试报告。
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对于电池测试设备的核心功能电池充放电，市面上流行的主要有两种解决方案：使用dsp实现的数字方案和使用分立器件搭建的模拟方案。无论是dsp方案还是分立方案都有各自的缺点，dsp方案的软件开发难度大，分立方案硬件开发难度大，导致两种方案设计周期都比较长，总体开发成本比较高。
为了帮助电池测试设备厂商缩短研发时间，能将产品快速投入市场，ti近期推出两套高性能，高集成度，低成本的电池充放电解决方案，分别针对中大功率(10a～200a)应用和小功率(3a～6a)应用。
首先是针对中大功率应用，ti的参考设计为 tida-01041x 系列。tida-01041x系列针对不同电流需求提供3套方案，分别为tida-01040(0~50a), tida-01041(0~100a), tida-01042(0~200a), 所有方案都保证<=0.02%的全量程充放电电流精度和<=0.01%的充放电电压精度。
如下图所示，tida-01041x 整个系统主要由四部分组成：核心器件lm5170 (蓝色区域)负责功率升降压部分，主要功能包括多相位处理，方向切换，峰值电流控制，防电流倒灌等；ina188仪表放大器负责高边恒流检测；lm6142负责电压放大检测；ads131a04 (24-bit高精度adc) 和dac80004 (16-bit高精度dac) 负责电流电压的实时读取和实时设置，可以通过ti提供的上位机图形界面读取信息及进行操作。
lm5170是ti的明星产品，同时也是整个系统的核心。lm5170内部集成双路5a mosfet半桥驱动器可以提供高达100a的持续输出电流。同时单颗lm5170可以支持双相交错控制，进而可以有效降低电感感值，电容容值和输入输出电压纹波。对于要求高于100a的应用，lm5170支持多片错相并联来提供更大电流能力，下图展示了几种多片错相并联的方案。
此外，相对于dsp方案，lm5170由于同时支持峰值电流检测和平均电流检测，响应速度和建立时间要快很多。下图波形是基于tida-01041(100a)评估板的-100a到+100a电流跳变测试（该波形为其中一个相位 -25a ~ +25a， 4个相位电流总和为-100a ~ +100a)。蓝色信号为方向控制dir引脚，红色为lm5170的给定电流参考信号iseta，黄色为输出电压vout，绿色为iout电流。从下图我们可以看到，-100a到+100a 电流跳变条件下lm5170的响应时间仅仅为400µs，远远低于dsp方案在同样测试条件下的响应时间（通常高于5ms）。
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目前，市面上小功率 (=10a)还是对于小功率应用场景(<6a)，ti都可以提供相应的最高性价比的方案。通过下面的链接可以查看详细的设计文档和测试报告。
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