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，延長電池壽命并確保安全性。圖1所示電路中的6通道ad7280a器件充當(dāng)主監(jiān)控器，向系統(tǒng)演示平臺(tái)(sdp-b)評估板提供的電壓測量數(shù)據(jù)，而6通道ad8280器件充當(dāng)副監(jiān)控器和保護(hù)系統(tǒng)。兩個(gè)器件均采用8 v至30 v的單電源寬工作電壓范圍，工作溫度范圍為–40℃至+105℃工業(yè)溫度范圍。
ad7280a內(nèi)置一個(gè)±3 ppm基準(zhǔn)電壓源，提供±1.6 mv的電池電壓測量精度。adc分辨率為12位，轉(zhuǎn)換48個(gè)單元只需7 μs時(shí)間。
ad7280a具有電池平衡接口輸出，用來控制外部fet晶體管，允許各電池放電，并強(qiáng)行使堆疊中的所有電池單元具有相同電壓。
ad8280獨(dú)立于主監(jiān)控器工作，并提供報(bào)警功能，可指示超容差條件。該器件內(nèi)置自用基準(zhǔn)電壓源和ldo，二者均*采用電池組供電。基準(zhǔn)電壓源與外部電阻分壓器一起，用來設(shè)置過壓/欠壓的跳變點(diǎn)。每個(gè)電池通道都含有可編程去毛刺(d/g)電路，以免瞬時(shí)輸入電平引發(fā)報(bào)警。
ad7280a和ad8280位于電池管理系統(tǒng)(bms)的高壓端，具有一個(gè)菊花鏈接口，zui多能將8個(gè)ad7280a和8個(gè)ad8280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和ad8280可以直接通信，向上向下傳遞數(shù)據(jù)，而無需隔離。
鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)原理示意圖
堆疊底部的主器件使用spi接口和gpio與sdp-b評估板通信，只有在這個(gè)地方才需要高壓電流隔離，以便保護(hù)sdp-b板的低壓端。數(shù)字隔離器adum1400、adum1401和集成dc-dc轉(zhuǎn)換器的隔離器adum5404共同提供所需的11通道隔離，構(gòu)成一種緊湊、高性價(jià)比的解決方案。adum5404還可為較低ad7280a的vdrive輸入提供5 v隔離輸出，并為adum1400和adum1401隔離器提供vdd2電源電壓。
電路描述
ad7280a是一款完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)置一個(gè)高壓輸入多路復(fù)用器、一個(gè)低壓輸入多路復(fù)用器、一個(gè)12位、1 μs sar adc和用于通道時(shí)序控制的片內(nèi)寄存器。hv mux用于測量串聯(lián)鋰離子電池單元，如圖1所示。lv mux提供單端adc輸入，可結(jié)合外部熱敏電阻測量個(gè)別電池單元的溫度；如果不需要溫度測量，則可利用輔助adc輸入轉(zhuǎn)換任何其它0 v至5 v輸入信號。另外還提供2.5 v精密基準(zhǔn)電壓源和片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)器。
ad8280是一款用于鋰離子電池組的純硬連線安全監(jiān)控器，配合ad7280a使用時(shí)，可提供具有可調(diào)閾值檢測和共用或單獨(dú)報(bào)警輸出的低成本、冗余、備用電池監(jiān)控器。它具有自測功能，因此適合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等高可靠性應(yīng)用或者不間斷電源等高壓工業(yè)應(yīng)用。ad7280a和ad8280均從監(jiān)控的電池單元獲得電源。
adum5404集成一個(gè)dc-dc轉(zhuǎn)換器，用于向adum1400和adum1401隔離器的高壓端供電，以及向ad7280a spi接口提供vdrive電源。這些4通道、磁性隔離電路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解決方案。
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。圖2所示為eval-cn0235-sdpz pcb的頂層，包含ad7280a的上部屏蔽，圖5所示為底層，包含ad8280的上部屏蔽。圖3所示為內(nèi)層（第2層），它包含屏蔽的菊花鏈信號，下方的屏蔽在圖4所示的第3層上實(shí)現(xiàn)。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，這些電容端接于上一個(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電容端接于上一個(gè)器件的vss引腳。