開放標準/多功能交流電池/電氣規格
本章描述了多功能交流電池組的電氣要求和定義。
電氣設計必須滿足以下要求
- 在小電壓跳變和高輸出電壓之間取得良好的折衷
- 在 15µs 內可能發生斷線時的安全狀態
- 無需變壓器直接從電源充電
- 能夠進行快速和精細控制
- 支援內部和外部電池管理
- 支援不同的電流等級
- 能夠生成 1000Hz、1000Vpeak 的交流電
交流電池組透過控制單元（例如微控制器）進行控制。它發出命令，指示要開啟多少個電池。為了獲得輸出電壓或容量，可以將電池組串聯連線。一種滾動機制將確保所有電池組以相同的方式使用。
有兩種訊號：一種進入每個電池組，另一種透過所有電池組迴圈。
"觸發"和"命令"訊號被饋送到所有交流電池組，並控制所需輸出電壓的上升和下降。事實上，這些命令會逐步增加或減少輸出電壓。如果缺少"觸發"訊號，電池將被切換到三態，阻止電流流動。
"標記"和"(Tx-)資料"訊號透過所有交流電池組迴圈。"標記"訊號用於區分下次要開啟或關閉哪個電池。"資料"訊號攜帶序列協議。透過它，控制單元將有關實際平均電流的資訊通知電池組。此外，控制單元還將收到有關所有電池狀態、使用的電池組、溫度、最大允許電流等資訊。
輸出電壓應儘可能精細地調節，但能夠直接從電源充電。因此，可切換的電壓步長應固定為 7V +/- 1V。控制單元必須處理 6V...8V 範圍內的步進電壓。交流電池應直接從 120V 電源充電。必須考慮 5% 的電壓過沖，導致峰值電壓為 178V。因此，交流電池組的放電電壓應至少為 178V。（例如：放電電壓為 6V 的電池組需要 30 個切換電池。在額定電壓為 7.2V（2 個鋰電池）的情況下，額定電池電壓最大為 216V。）
預期的控制速度為 1MHz（觸發和命令訊號），因此可以實現至少 6V/us 的電壓斜率。
由於電池組工作在浮動電平上，因此通訊必須進行電氣隔離（至少 3000V）。可以預見，光耦合器可以用作輸入。它們必須能夠以以下引數工作
- 最小電壓：2.5V
- 最大電壓：3.3V
- 最大電流：10mA
GND_All 由控制單元提供。GND_Last 由控制單元（對於一行中的第一個電池組）或前一個電池組提供。每個交流電池組都以適當的"GND_Next"輸出其"標記"和"資料輸出"訊號。為了以 1MHz 的速度控制 1..10 個串聯的交流電池組，標記_in 和標記_out 之間的延遲不得超過 100ns。
透過這些訊號，電池組中的控制單元可以開啟和關閉電池、做出反應並報告狀態。建議該控制單元由一個用於控制和短路檢測的快速邏輯電路和一個用於電池管理和監控的小型微控制器組成。
觸發和命令訊號線用於透過兩種斜率調製來傳輸五個命令
- 空閒：沒有收到觸發訊號超過 14us。這可能是啟動條件，也用於快速切換到三態。控制頭將在觸發再次開始之前發出"標記"訊號，所有電池都不應發出。因此，定義了開啟電池的起點。切換的電池被設定為三態。（寄生二極體仍然存在。）
- 正向上升：從三態或全關狀態開始，每個"正向上升"訊號都會開啟一個額外的電池。極性開關（或全橋）被設定為正極性。
- 負向上升：從三態或全關狀態開始，每個"負向上升"訊號都會開啟一個額外的電池。極性開關（或全橋）被設定為負極性。
- 空閒：沒有任何變化。這用於保持設定電壓並觸發超時機制。
- 下降：從三態開始，所有尚未切換的電池都將設定為旁路（關閉）。否則，一個電池將被切換到旁路（關閉）。
在空閒狀態下，所有電池組的所有開關都處於三態，因此是安全的。為了開始操作，控制頭應發出一個"標記"訊號，並在 100ms 後發出一個"空閒"訊號來喚醒電池組。緊挨著控制頭的切換電池將儲存此"標記"資訊。
我們假設是動態充電，意味著我們立即與電源電壓同步。
傳送一個"正向上升"訊號，在第一個交流電池組中，內部第一個電池被開啟。下一個切換電池的"標記"訊號被設定為高電平，以準備開啟下一個電池。
再次傳送一個"正向上升"訊號，在第一個交流電池組中，內部第二個電池被開啟。"標記"訊號被設定為高電平，用於第三個切換電池。使用第三個"正向上升"訊號開啟第三個電池。
如果輸出電壓達到所需電平，我們傳送一個"下降"訊號。現在，所有仍處於三態的電池都將切換到"主動關閉"狀態，電流可以開始流動。根據命令，第一個電池被關閉。"最後關閉"標記保留在第一個電池中。
現在我們可以"播放"了
"正向上升"訊號會將輸出電壓提高一個步長，最右邊的"標記"訊號會被轉發。
"下降"訊號會將輸出電壓降低一個步長。第二個電池獲得新的"最後關閉標記"，第一個"標記"訊號被清除。條件：標記已被設定，並且第二個"下降"命令已經發出。"負向上升"訊號也會降低輸出電壓，只要沒有關閉所有（可見）電池。因此，可以避免透過簡單的錯誤將正電壓變為負電壓。（跳躍保護）
另一個"正向上升"訊號開啟下一個未使用的電池。來自最後一個電池的"我已開啟"標記將透過控制單元饋送到第一個切換電池。
另一個"下降"訊號關閉第三個電池（條件：標記_in 關閉，並且電池已開啟）。上下步進會以"毛毛蟲式"方式旋轉使用的電池，因此所有電池在統計上都會看到相同的負載。多個"下降"命令會依次關閉所有電池。
但是，要注意不要發出過多的"下降"命令。在這種情況下，"最後關閉"標記會丟失，下一個"上升"命令將被忽略。如果發生這種情況，控制單元必須設定其標記以重新啟動鏈。
只要標記還在，已開啟單元的“鏈”從標記所在的位置開始。
如果鏈的末端已到達，則“開啟”標記會透過控制單元傳遞到第一個單元，下一個單元將開啟。
參見章節：開放標準/多功能交流電池/邏輯實現示例
Simulink 演示（120V 正弦波發生器）可應要求提供：請郵件至：acbattery200@gmail.com