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高壓儲能系統(tǒng)之模擬芯片

2023-03-07 23:51 作者:芯小二 0人讀過 | 我要投稿

專注芯片，應用系統(tǒng)，行銷技能的公眾號

By 芯小二的下午茶

儲能系統(tǒng)及儲能芯片系列第13篇；儲能系統(tǒng)及儲能芯片系列儲能系統(tǒng)是一個復雜應用，里面除了MCU和AFE外，還有很多的芯片，包括電源，隔離，通信，ADC，運放 (OPA/PGA)等，如下是模擬巨頭德州儀器針對電化學儲能的應用框圖；

這篇文章，和大家盤點下儲能系統(tǒng)里面的模擬芯片；文章配圖摘自網絡，侵權刪除；

高精度數(shù)模轉換芯片 ADC
通信芯片 CAN收發(fā)器
隔離芯片
電源芯片
運算放大器

1.? ?高精度數(shù)模轉換芯片 ADC
在典型的BMS系統(tǒng)中包含CSU(電芯監(jiān)控)/BMU(電池管理)和BJB(接線盒)等單元，除了電芯電壓監(jiān)控以外，在整個電池包系統(tǒng)里，需要檢測電池包電壓和電流/絕緣電阻、接觸器端電壓、繼電器粘連檢測、充電檢測等多個電信號檢測來實現(xiàn)整個鋰電池管理過程中的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和充放電管理。在儲能系統(tǒng)里，Σ-Δ ADC扮演著重要角色。以絕緣電阻檢測為例，在汽車系統(tǒng)中，乘客與車身地直接接觸，而車身地與高壓電池組的回路是隔離的，這樣可以為了防止人員觸電。但是電動車在使用過程中，會出現(xiàn)諸如碰撞、零部件老化等情況，使整車高壓電池系統(tǒng)與車身地之間的絕緣出現(xiàn)異常形成漏電回路，如果被人接觸到會危害人的生命安全，情況嚴重時漏電回路產生的熱積累效應將造成車輛燃燒起火，所以動力電池的絕緣電阻檢測非常重要。Σ-Δ ADC通過K1、K2、K3開關的切換，實現(xiàn)對電池組總壓和分壓電阻R2和R4上的電壓量測，從而計算出Pack+對地電阻Rx 和Pack-對地電阻Ry，如下圖。

此外，在對于電壓電流檢測有較高精度要求的儲能系統(tǒng)里，Σ-Δ ADC配合高精度檢測電阻可以實現(xiàn)穩(wěn)定的高精度電壓電流測量。類比半導體基于SemiDig?平臺開發(fā)的Σ-Δ ADC模數(shù)轉換芯片系列產品，覆蓋了16bits~32bits分辨率，數(shù)據(jù)輸出速率860SPS~128kSPS，目前已有60余款型號實現(xiàn)量產，包含低功耗、微噪聲、高線性度、多通道等不同特色的產品，可廣泛應用于不同精度的系統(tǒng)需求，滿足目前市面上大部分高精度ADC的需求。

ADX1xx 系列產品內部集成了低溫漂參考源、可編程增益放大器、數(shù)字比較器和時鐘源，采用2.0V至5.5V的電壓范圍供電，數(shù)據(jù)輸出速率可通過內部寄存器調節(jié)，內部的可調增益放大器可以接收從±256mV至±6.144V的模擬信號輸入，其最小分辨7.8125uV，內部的多路選擇器可以配置成接受2對差分或者4個單端模擬信號輸入。在前述的儲能系統(tǒng)中，ADX1xx系列產品所具有的16~20bits分辨率和最高7kSPS的數(shù)據(jù)輸出速率，可以滿足大部分電壓電流的檢測精度要求，支持兩組差分輸入或者四個單端輸入來實現(xiàn)BMS系統(tǒng)里多個矢量點的檢測，同時支持菊花鏈通訊，在需要多個ADC進行檢測時可以大幅減少通訊走線。

2. 通信芯片 CAN收發(fā)器

川土微電子是一家圍繞于模擬芯片設計研發(fā)的科技企業(yè)，該企業(yè)產品涵蓋了隔離器件、接口器件和高性能模擬器件，主要應用于工業(yè)控制、電源能源、儀器儀表、通信網絡、汽車電子等領域。

CA-IF1051HS是一款支持CAN FD協(xié)議的高速CAN收發(fā)器，同時支持CAN和CAN FD兩種協(xié)議，最高傳輸速率達5Mbps，在有負載的CAN網絡中可實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。該器件在未上電時總線于邏輯引腳處于高阻態(tài)，在上電后總線與RXD輸出脈沖無毛刺。CA-IF1051HS可應用于30V的工作電網中，耐溫在－55℃至150℃之間，可輕松應對一般的工作環(huán)境溫度，應用場景廣。該器件集成了總線故障保護、VCC Pin保護、過熱保護等保護功能。

致遠電子致力于工業(yè)互聯(lián)網技術研發(fā)，總線技術經驗豐富。9月13日發(fā)布了SM系列全隔離型CAN收發(fā)器，這款收發(fā)器結合了致遠電子深耕了20年的總線隔離技術和SiP工藝，具有性能優(yōu)異、集成度高等特點。

SM1500 CAN收發(fā)器是致遠電子新推出的一款集成了CAN收發(fā)電路、電源隔離、信號隔離的全隔離型CAN 收發(fā)器。

SM1500 CAN收發(fā)器支持CAN FD協(xié)議，實現(xiàn)輸出速率40k~5Mbps的覆蓋，可同時與110個節(jié)點相互連接提高總線覆蓋率。這款芯片具有電壓兼容性強的特點，可與3.3V或5V的MCU直連，隔離耐壓值高達3500V。CAN收發(fā)器在工作狀態(tài)時其他未上電的節(jié)點不會對總線造成影響，還具有低電磁輻射和漸高的抗電磁干擾的特性。SM1500耐溫值在－40℃~125℃之間，有較寬的工作溫度范圍，可應用于汽車電子、工業(yè)控制、智能家居等多個領域。SM1500采用了12.45mm*9.85mm*3.00mm的DFN20封裝。

3. 隔離芯片

納芯微是國內隔離的龍頭，17年推出第一代數(shù)字隔離，19年推出第二代即增強型的數(shù)字隔離，同年推出隔離電源，是國內首家推出片上變壓器。20年出的隔離ADC/隔離運放都是都是基于之前的做的增強型隔離，21年陸續(xù)量產車規(guī)級隔離芯片。今年在車規(guī)的布局主要是隔離接口。

BMS是新能源汽車電池包的心臟，對整個電池包進行監(jiān)控、均衡和控制功能。納芯微主要布局了隔離采樣、數(shù)字隔離、非隔離接口、對繼電器控制端的高低邊開關，這種是多通道的高低邊開關，去配合主繼電器/預充繼電器/快充繼電器的控制。此外也有電池包失控壓力檢測，用到繼承算法的壓力傳感器。在絕緣檢測，我們也在研發(fā)替換photo mos的固態(tài)繼電器。整個電池包架構會有前端模擬采樣、變壓器隔離，SPI通信會有多通道ADC進行電壓、電流和溫度采樣，一般是四通道。在對外通信隔離，用到CAN隔離。

4. 電源芯片

矽力杰號稱業(yè)內小TI，可提供高可靠性的電源模塊，AC/DC穩(wěn)壓器，DC/DC轉換芯片，如下是矽力杰針對儲能PCS里面的電源及整體方案，在儲能BMS電源方案應該是同樣使用

5. 運算放大器

電流采樣部分，感覺目前還是有點模糊，有分流器采樣，也有霍爾采樣；我印象中因為對電流精度要求高，高壓儲能是分流器方案+隔離運放采樣+高精度ADC的方案.... 歡迎朋友指正；

類比推出具有增強型PWM抑制功能的電流檢測放大器CSA24x 系列，用于在獨立于電源電壓的-6V至80V的寬共模電壓范圍內檢測分流電阻器兩端的壓降。CSA24x 系列產品適合于高邊和低邊電流采樣，并通過對這些系統(tǒng)中的母線、相線進行高精度采樣來幫助系統(tǒng)實現(xiàn)精準的電流控制。