种具有可变ESR响应的电池模拟器的实现 模拟器, 电容器, 电池, 电源

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一个完美的电容，自身不会产生任何能量损失，但是实际上，因为制造电容的材料有电阻，电容的绝缘介质有损耗，各种原因导致电容变得不"完美".这个损耗在外部，表现为就像一个电阻跟电容串联在一起，所以就起了个名字叫做"等效串联电阻".比如，我们认为电容上面电压不能突变，当突然对电容施加一个电流，电容因为自身充电，电压会从0开始上升。但是有了ESR,电阻自身会产生一个压降，这就导致了电容器两端的电压会产生突变。无疑的，这会降低电容的滤波效果，所以很多高质量的电源啦一类的，都使用低ESR的电容器。
在设计由电池供电的产品时，你也许缺乏经验和硬件。产品的电池寿命对等效串联电阻(ESR)的依赖高于它对终端电压的依赖。当你用开关稳压器来提高电池电压时，情况尤其如此。开关稳压器在电池电压下降时，产生更高负载。真实环境下的电池的ESR并不是恒定的。当你去除电池负载时，电池会做出反应，并在它的离子重新弥漫时"复原".便携式电子设备也许包含低功率或休眠模式。设备从电池得到较短的高功率脉冲。
本例中的电池模拟器复制了电池的ESR响应曲线。如果你在反馈网络中安排不同值，那你就能获得各种ESR曲线。该电路可模拟大部分电池类型，其中包括锂离子电池和碱性电池。它为受测设备支持0.5V至4.2V的数安培电流，并能模拟多种电池的ESR.你可以设置ESR电位计，来把延时改变为ESR的最终值。某些电池类型表现出这一独特的特征。对于向负载提供脉冲电流的工作，它具有很大的影响。
在该电路中，IC1供应稳定电压，由此设置无负载输出电压(图1)。IC2提供ESR功能的必要逆变。IC3和Q1形成功率输出级，它获得8V电压。电阻器R8限制功率。IC4传感流过R9的输出电流，并提供大小为20的增益。该信号去往ESR时序电路，提供ESR效应和响应时序。


图1，该模拟电路可表示多种电池的负载响应。
你可以改变元件值，由此模拟多种电池化学原理和大小。如果你省略C4,并用一个100 kΩ电阻器代替RESR1到RESR4电阻器，那就能实现基本的ESR功能。图1省略了电力电容器和旁路电容器。
仿真器，或模拟器(英文;emulator、simulator)，根据此原理制作的软件又可称为模拟程序，是指主要透过软件模拟硬件处理器的功能和指令系统的程序使计算机或者其他多媒体平台(掌上电脑，手机)能够运行其他平台上的软件。在自动化技术、化学工程中同样使用模拟器这一术语。模拟器多用于电视游戏和街机，也有一些用于掌上电脑。模拟器一般需要ROM才能执行，ROM的最初来源是一些原平台的ROM芯片，通过一些手段将原程序拷贝下来(这个过程一般称之为"dump")然后利用模拟器加载这些ROM来实现模拟过程。
在反馈网络中不存在电容的情况下使用1A负载脉冲，会导致模拟器做出响应，以便紧随2000 mA锂离子18650电池的响应(图2)。你还可以向反馈网络添加电容器，来使模拟器更好地表示小型200 mA锂离子电池的响应(图3)。如果适当调整电路，你就能产生许多响应曲线。你可以下载National Instruments公司的LabView软件，并从Grae公司网站下载特定电池类型的电压ESR曲线。


图2，不使用反馈电容器时，模拟器与大型锂离子电池的响应非常吻合。


图3，如果添加电容反馈，那么模拟器的表现就类似于小得多的电池。