一種具有可變ESR響應(yīng)的電池模擬器的實(shí)現(xiàn)

一個(gè)完美的電容，自身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失，但是實(shí)際上，因?yàn)橹圃祀娙莸牟牧嫌须娮?，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌?quot;完美".這個(gè)損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個(gè)電阻跟電容串聯(lián)在一起，所以就起了個(gè)名字叫做"等效串聯(lián)電阻".比如，我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對(duì)電容施加一個(gè)電流，電容因?yàn)樽陨沓潆?，電壓?huì)從0開(kāi)始上升。但是有了ESR，電阻自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生突變。無(wú)疑的，這會(huì)降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源啦一類的，都使用低ESR的電容器。

在設(shè)計(jì)由電池供電的產(chǎn)品時(shí)，你也許缺乏經(jīng)驗(yàn)和硬件。產(chǎn)品的電池壽命對(duì)等效串聯(lián)電阻（ESR）的依賴高于它對(duì)終端電壓的依賴。當(dāng)你用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)提高電池電壓時(shí)，情況尤其如此。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在電池電壓下降時(shí)，產(chǎn)生更高負(fù)載。真實(shí)環(huán)境下的電池的ESR并不是恒定的。當(dāng)你去除電池負(fù)載時(shí)，電池會(huì)做出反應(yīng)，并在它的離子重新彌漫時(shí)"復(fù)原".便攜式電子設(shè)備也許包含低功率或休眠模式。設(shè)備從電池得到較短的高功率脈沖。

本例中的電池模擬器復(fù)制了電池的ESR響應(yīng)曲線。如果你在反饋網(wǎng)絡(luò)中安排不同值，那你就能獲得各種ESR曲線。該電路可模擬大部分電池類型，其中包括鋰離子電池和堿性電池。它為受測(cè)設(shè)備支持0.5V至4.2V的數(shù)安培電流，并能模擬多種電池的ESR.你可以設(shè)置ESR電位計(jì)，來(lái)把延時(shí)改變?yōu)镋SR的最終值。某些電池類型表現(xiàn)出這一獨(dú)特的特征。對(duì)于向負(fù)載提供脈沖電流的工作，它具有很大的影響。

在該電路中，IC1供應(yīng)穩(wěn)定電壓，由此設(shè)置無(wú)負(fù)載輸出電壓（圖1）。IC2提供ESR功能的必要逆變。IC3和Q1形成功率輸出級(jí)，它獲得8V電壓。電阻器R8限制功率。IC4傳感流過(guò)R9的輸出電流，并提供大小為20的增益。該信號(hào)去往ESR時(shí)序電路，提供ESR效應(yīng)和響應(yīng)時(shí)序。

圖1，該模擬電路可表示多種電池的負(fù)載響應(yīng)。

你可以改變?cè)?，由此模擬多種電池化學(xué)原理和大小。如果你省略C4，并用一個(gè)100 kΩ電阻器代替RESR1到RESR4電阻器，那就能實(shí)現(xiàn)基本的ESR功能。圖1省略了電力電容器和旁路電容器。

仿真器，或模擬器（英文；emulator、simulator），根據(jù)此原理制作的軟件又可稱為模擬程序，是指主要透過(guò)軟件模擬硬件處理器的功能和指令系統(tǒng)的程序使計(jì)算機(jī)或者其他多媒體平臺(tái)（掌上電腦，手機(jī)）能夠運(yùn)行其他平臺(tái)上的軟件。在自動(dòng)化技術(shù)、化學(xué)工程中同樣使用模擬器這一術(shù)語(yǔ)。模擬器多用于電視游戲和街機(jī)，也有一些用于掌上電腦。模擬器一般需要ROM才能執(zhí)行，ROM的最初來(lái)源是一些原平臺(tái)的ROM芯片，通過(guò)一些手段將原程序拷貝下來(lái)（這個(gè)過(guò)程一般稱之為"dump"）然后利用模擬器加載這些ROM來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬過(guò)程。

在反饋網(wǎng)絡(luò)中不存在電容的情況下使用1A負(fù)載脈沖，會(huì)導(dǎo)致模擬器做出響應(yīng)，以便緊隨2000 mA鋰離子18650電池的響應(yīng)（圖2）。你還可以向反饋網(wǎng)絡(luò)添加電容器，來(lái)使模擬器更好地表示小型200 mA鋰離子電池的響應(yīng)（圖3）。如果適當(dāng)調(diào)整電路，你就能產(chǎn)生許多響應(yīng)曲線。你可以下載National Instruments公司的LabView軟件，并從Grae公司網(wǎng)站下載特定電池類型的電壓ESR曲線。

圖2，不使用反饋電容器時(shí)，模擬器與大型鋰離子電池的響應(yīng)非常吻合。

圖3，如果添加電容反饋，那么模擬器的表現(xiàn)就類似于小得多的電池。