圖2電路模擬的是單節鋰離子電池。充電器CC階段的終止充電電壓和快速充電電流由充電器設置決定。仿真器初始化時，可設置完全放電條件下內部電池電壓為3V，但該電壓可以提升到4.3V，以測試過充電情況。3V初始值通常用于低電池電壓關斷電路(用來終止鋰離子電池放電過程)。這種設計專門針對終止充電壓為4.2V的標準CC-CV鋰離子電池充電器。該設計調整起來很容易，能夠適應非標準終止電壓和完全放電電壓的測試。測試時充電器用高達3A的充電電流驅動仿真電路，受功率晶體管功耗的限制。圖2電路模擬了電池電壓增加的情況，電池電壓是從仿真電路設置為完全放電狀態開始，電路充電電流的函數。

　　根據圖中給出的參數值，充電電流為1A時，積分時間常數使模擬電路在6至7秒內達到充電器的4.2V限制。對電流范圍、內阻、充電終止電壓和完全放電電壓的模擬是在鋰離子電池(本例中指Sony US18650G3)典型參數的基礎上完成的。所仿真的電池電壓沒有考慮環境溫度的影響。

?

　　圖2 單節Li+電池充電情況的仿真電路，該電路可以在不使用實際電池的情況下測試Li+電池充電器

　　并聯穩壓器設計采用MAX8515并聯穩壓器和一對雙極型功率晶體管(選擇該穩壓器時考慮了其內部基準電壓的精度)，大電流TIP35晶體管安裝在能夠耗散25W熱量的散熱器上。

　　MAX4163雙運放的其中一個放大器用來對充電電流積分，另一個放大器對電流測量信號進行放大和偏置。該運算放大器具有較高的電源抑制比，并可支持滿擺幅輸入/輸出范圍，簡化了兩種功能電路的設計。注意，與電池仿真器正端串聯的0.100Ω電流檢測電阻同時也作為電池內阻。

　　在具有自動測試-數據采集功能的系統內工作時，可用外部信號將仿真電池復位到完全放電狀態。另外，手動操作測試設置時，可用按鍵復位。

　　利用單刀單擲開關可以選擇仿真電池的兩種工作模式。擲向A端時，實現積分充電仿真器，如上所述。擲向B端時，仿真器將設定在某一固定的直流工作點對充電器進行現場測試時的輸出電壓和吸電流。為實現這一功能，“設置”電壓可通過改變50kΩ可變電阻，在2.75V至5.75V之間手動調整。這些設置電壓值與內部吸入電流有關。仿真器端實測電壓(VBATT)等于設定電壓加上吸電流流經仿真電池內阻(0.100Ω電阻)產生的壓降。仿真電路工作時的電源取自電池充電器輸出。

　　仿真電路的性能

　　圖3為模擬鋰離子電池充電至4.2V時獲得的典型V-I波形。從圖中可以看出兩個測試過程：一個是以1A初始快充電流充電(曲線B和D)，另一個是以2A快充電流充電(曲線A和C)。這兩種情況下，首先進入CC階段充電，直到電池電壓達到終止電壓4.2V。在此之后，電流呈指數衰減，而仿真電池的電壓保持不變。充電電流為2A時到達終止電壓所需的時間更短，與預期設計相同。然而，請注意，電流加倍不會使充電時間減半，只會使到達CV模式的時間減半，與真實電池負載的測試情況一樣。

　　圖4為兩個不同設置電壓：3V和4.1V時的吸電流V-I曲線。兩個曲線的動態電阻(用斜率表示)僅僅是由0.100Ω電阻模擬的電池內阻。

?

　　圖3 根據圖2電池仿真電路繪制出的圖形，快速充電波形表明兩種條件下電池充電器的工作情況，分別是：CC階段提供1A (曲線B和D)和2A (曲線A和C)充電電流

?

　　圖4 圖2電路在電壓為4.1V (上部曲線)和3V (下部曲線)時的吸入電流，兩種情況下斜率均代表0.1Ω內阻

　　結語

　　由于鋰離子電池充電過程需要一小時或更長時間，利用實際負載測試鋰電池充電器將非常耗時，而且往往不切實際。該電路提供了一個不使用實際電池對鋰電池充電器進行測試的有效手段。