Простейшая модель батареи состоит из идеального источника напряжения и включенного последовательно с ним сопротивления, величина которого – часто несколько миллиом – зависит от электрохимического состава и конструкции батареи. Если для измерения внутреннего сопротивления батареи попытаться использовать обычный миллиомметр, содержащий источник переменного тока возбуждения килогерцового диапазона, будут получены ошибочные результаты из-за емкостных эффектов, которые вносят потери. Более реалистичная модель батареи включает в себя резистивный делитель, частично шунтированный конденсатором (Рисунок 1). Кроме того, внутренние сопротивления ненагруженной батареи могут значительно отличаться от их значений при полной нагрузке. Таким образом, для достижения наилучшей точности измерять внутреннее сопротивление необходимо при полной нагрузке на постоянном токе или вблизи постоянного тока.
 |
|
| Рисунок 1. | Элементарная модель внутреннего импеданса батареи включает резистивные и емкостные элементы, но при измерении импеданса на переменном токе емкостные элементы вносят ошибки. Для повышения точности падение напряжения батареи надо анализировать на частоте, близкой к постоянному току. |
Схема на Рисунке 2 отвечает этим требованиям и точно измеряет внутреннее сопротивление в диапазоне от 0.001 до 1 Ом при напряжении батареи до 13 В. Одна секция аналогового коммутатора LTC6943 – IC2A – поочередно подает на вход IC1 напряжения 0.110 и 0.010 В, полученные с помощью микросхемы источника опорного напряжения 2.5 В IC3 и резистивного делителя R2, R3 и R4.
 |
|
| Рисунок 2. | Эта схема определяет внутреннее сопротивление батареи путем многократного воздействия калиброванным разрядным током и измерения результирующего падения напряжения на клеммах батареи. |
Усилитель IC1, мощный MOSFET Q1 и связанные с ними компоненты образуют источник тока с замкнутым контуром регулирования, который через сток Q1 обеспечивает активную нагрузку для тестируемой батареи. Диод D1 защищает батарею от обратной полярности включения. Напряжение на неинвертирующем входе усилителя IC1 и падение напряжения на резисторе R1 определяют величину нагрузки, приложенной к батарее. В процессе работы схема с частотой 0.5 Гц подает на батарею прямоугольные импульсы тока 1 А, смещенные на 100 мА.
На клеммах, подключенных к батарее по схеме Кельвина, внутреннее сопротивление батареи формирует амплитудно-модулированный сигнал прямоугольной формы с частотой 0.5 Гц. Синхронный демодулятор, состоящий из аналоговых переключателей S3 и S4 микросхемы IC2B и стабилизированного прерыванием усилителя IC5, обрабатывает измеренный сигнал и выдает аналоговое выходное напряжение от 0 до 1 В, что соответствует диапазону сопротивлений батареи от 0 до 1 Ом.
Внутренний тактовый сигнал усилителя IC5 с частотой примерно 1 кГц через транзистор Q2 управляет КМОП двоичным делителем CD4040 (IC4), формирующим прямоугольные импульсы с частотой 0.5 Гц для коммутаторов микросхемы IC2. Кроме того, выходной сигнал микросхемы IC4 частотой 500 Гц управляет зарядовым насосом, который вырабатывает примерно –7 В для входа отрицательного источника питания микросхемы IC5 и, таким образом, дает выходному сигналу IC5 возможность иметь размах от 0 В.
Вся схема потребляет около 230 мкА, что позволяет ей проработать почти 3000 часов при питании от щелочной батареи напряжением 9 В. Схема может работать при напряжении питания всего 4 В с отклонением выходного сигнала менее 1 мВ, обеспечивая точность выходного сигнала 3%. Схема рассчитана на диапазон напряжений тестируемой батареи от 0.9 до 13 В, но можно легко изменить разрядный ток и частоту повторения, чтобы наблюдать сопротивление батареи в различных условиях.
Купить LT1077 на РадиоЛоцман.Цены
