能源消耗是全球面臨的普遍問題，許多行業努力通過實現更安全、更清潔、更高效、低成本的電源解決方案來應對這一問題。混合動力和電動汽車、太陽能、風能的日漸盛行就是這種趨勢的結果。所有這些解決方案都有一個共同之處：鋰離子電池。由于這些領域增長迅速，鋰離子電池將在節能方面起到更重要的作用。

　　鋰離子電池制造程序非常復雜，包括電極生產、堆疊結構和單元裝配。然后要執行電氣測試，以便評定電池容量和性能。這之后還要執行電氣測試，以便評定電池在工作中的容量，即額定值。對于鋰離子電池制造中的這些電氣測試，需要高功率、高效率和高精度的測試設備。ADI公司基于AD8450/1和ADP1972的解決方案正是為此而推出。

　　系統設計考慮因素

　　效率

　　筆記本電腦、手機和類似便攜設備中鋰離子電池的容量通常很小，典型值是數安時。但是，用于車輛或儲能的鋰離子電池容量則高得多，通常在數十甚至數百安時左右。用于小容量電池的線性測試設備，如果也用于高容量電池測試，在充電階段將會消耗大量功率，導致效率低下，而且會給設備硬件設計帶來相當嚴重的熱問題。ADIAD8450/1和ADP1972解決方案基于PWM架構，有助于解決這一問題。

　　ADIPWM架構還能幫助把更多電池能量送回電網或其他測試通道進行充電。與將電池能量放電至阻性負載的線性架構相比，這是一種環保且高效的解決方案。

　　精度

　　為了獲得準確的鋰離子電池容量，需要精確測量充電和放電兩種模式下的電流和電壓。結合系統中的精密ADC、DAC和其他器件，ADI公司基于AD8450/1和ADP1972的解決方案可實現高精度測量和設定。

　　低系統成本

　　·更高的開關頻率支持使用尺寸更小、價格更低的功率元件，如電感和電容等

　　·能源回收利用有助于降低運營成本

　　·AD8450/1精度更高，可降低熱管理成本，簡化控制環路設計

　　·AD8450/1采用獨特的儀表放大器設計，制造過程中的校準時間可縮短一半，性能保證時間可更長

　　·集成解決方案使得系統尺寸更小，設備和維護成本更低

　　ADI解決方案

　　系統框圖

　　下面是從直流母線到電池的系統框圖，包括微控制器、模擬前端和控制器、PWM控制器、高壓MOSFET驅動器、功率級（MOSFET、電感、電容、分流電阻）、電壓/電流讀取（ADC）以及電壓/電流設置（DAC）。

　　注釋：上述信號鏈代表從直流母線到電池的通道板設計。模塊的技術要求可變化，但下表列出的產品代表滿足部分要求的ADI解決方案。

　　1.模擬前端和控制器AD8450/AD8451

　　2.降壓和升壓PWM控制器ADP1972

　　3.微控制器ADuC7060/ADuC7061

　　4.模數轉換器AD7173-8/AD7175-2

　　5.DACAD5686R/AD5668/AD5676R

　　6.基準電壓源ADR3450/ADR4550

　　7.MOSFET驅動器ADuM7223

　　8.電源管理ADP2441/ADP7102/ADM8829

　　9.多路復用器ADG528F/ADG5408/ADG658/ADG1406

　　系統工作原理

　　上圖主要包含兩個功能：一是對電池充電，二是對電池放電，這由AD8450/1和ADP1972的模式信號決定。每個功能有兩種模式：恒流（CC）模式和恒壓（CV）模式。兩個DAC通道控制CC和CV設定點。CC設定點決定充電和放電兩個功能的CC模式下環路中有多少電流。CV設定點決定環路從CC進入CV時的電池電位，同樣適用于充電和放電兩個功能。

　　精密模擬前端和控制器AD8450/1利用內部差動放大器PGDA測量電池電壓，并利用內部儀表放大器PGIA和外部分流電阻（RS）測量電池上的電流。然后，它通過內部誤差放大器和外部補償網絡（用于確定環路功能是CC還是CV），將該電流和電壓與DAC設定點相比較。在該模塊之后，誤差放大器的輸出進入PWM控制器ADP1972，以確定MOSFET功率級的占空比。最后是構成完整環路的電感和電容。本部分的說明針對充電和放電兩個功能，因為ADP1972是降壓和升壓PWM控制器。

　　本方案中，ADC獲得環路電壓和電流的讀數，但它不是控制環路的一部分。掃描速率與控制環路的性能無關，因此一個ADC就能測量多通道系統中大量通道的電流和電壓。DAC也是如此，因而可以使用低成本DAC來設置多個通道。此外，單個處理器只需控制CV和CC設定點、工作模式及管理功能，因而它可以與許多通道接口。

　　系統性能

　　ADI公司制作了ADP1972和AD8450演示板如下圖，可以用來驗證其效率和精度。對于該異步降壓和升壓電源系統，直流母線輸入為12V，最大充電/放電電流為20A。

　　效率：在最大額定值、20ACC模式（充電和放電功能均如此）及3.3V負載條件下，演示板的效率約為90%。為實現這一數值，體外二極管、分流電阻、電感和MOSFET均經過優化。

　　精度：校準初始精度之后，電流的精度包括溫漂、全電流范圍（0A至20A）內的線性度、短期穩定性（噪聲）和全電壓范圍（0V至3.6V）內的CMRR。在演示板上驗證的結果是，該ADI解決方案的典型電流精度為0.01%以下（25°C±10°C）。對電壓精度可以進行類似的分析，經過此演示板驗證，它同樣在0.01%以下。