集成信號(hào)和電源隔離的鋰離子電池組監(jiān)控器

電路功能與優(yōu)勢(shì)

鋰離子(Li-Ion)電池組包含大量的電池單元，必須正確監(jiān)控才能提高電池效率，延長(zhǎng)電池壽命。圖1所示電路中的6通道AD7280A充當(dāng)主監(jiān)控器，向電池管理控制器(BMC)提供精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

AD7280A內(nèi)置一個(gè)±3 ppm基準(zhǔn)電壓源，提供±1.6 mV的電池電壓測(cè)量精度。ADC分辨率為12 bit，轉(zhuǎn)換48個(gè)單元只需 7 μs時(shí)間。

AD7280A位于電池管理系統(tǒng)(BMS)的高壓端，具有一個(gè)菊花鏈接口，最多能將8個(gè)AD7280A堆疊在一起，以監(jiān)控48個(gè)鋰離子電池單元的電壓。堆疊中的相鄰AD7280A可以直接通信，向上向下傳遞數(shù)據(jù)，而無需隔離。堆疊底部的AD7280A主器件使用SPI接口與BMC通信，只有在這個(gè)地方才需要高壓電流隔離，以便保護(hù)BMS的低壓端。數(shù)字隔離器 ADμM1201和集成DC/DC轉(zhuǎn)換器的隔離器ADμM5401共同提供所需的6通道隔離，構(gòu)成一種緊湊、高性價(jià)比的解決方案。

電路描述

AD7280A菊花鏈從它監(jiān)控的電池單元獲得電源。ADμM5401集成一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于向ADμM1201的高壓端供電，向AD7280A SPI接口提供VDRIVE電源，以及向AD7280A菊花鏈電路提供關(guān)斷信號(hào)。如果BMS低壓端的+5 V電源被拉低，則隔離器和AD7280A菊花鏈關(guān)斷。同樣，如果來自BMC的PD信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^ADG849開關(guān)路由的ADμM5401低壓電源將被拉低，這也會(huì)使隔離器和AD7280A菊花鏈發(fā)生硬件關(guān)斷。

為了優(yōu)化菊花鏈在高噪聲條件下的通信性能(例如遇到電池干擾時(shí))，菊花鏈信號(hào)被屏蔽在印刷電路板(PCB)的一個(gè)內(nèi)層上，上下都由VSS電源層提供屏蔽，該電源層連接到菊花鏈中上一個(gè)器件的VSS引腳。每個(gè)菊花鏈連接上都配有22 pF電容，根據(jù)菊花鏈的數(shù)據(jù)流方向，這些電容端接上一個(gè)器件的VSS引腳或下一個(gè)器件的VDD引腳 。PD、CS、SCLK、SDI 和CNVST菊花鏈連接沿菊花鏈向上傳遞數(shù)據(jù)，因此這些引腳上的22 pF電容端接上一個(gè)器件的VSS引腳。

SDOlo和ALERTlo菊花鏈連接沿菊花鏈向下傳遞數(shù)據(jù)，因此這些引腳上的22 pF電容端接于下一個(gè)器件的VDD引腳。使用一條低阻抗走線將下一個(gè)器件的VDD與上一個(gè)器件的VSS直接相連，使這兩個(gè)電位在高噪聲環(huán)境下盡可能接近。

隔離柵處的接地護(hù)欄用于圍住PCB左側(cè)構(gòu)成的低壓端。該護(hù)欄由通過過孔系在一起的保護(hù)環(huán)組成，連接到板上所有層的數(shù)字地。到達(dá)電路板邊緣的電源層與接地層上的噪聲可能會(huì)輻射，但采用這種屏蔽結(jié)構(gòu)時(shí)，噪聲會(huì)被反射回來。

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