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絕緣檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作會(huì)影響模擬采樣精度嗎?

03/21 14:20
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最近一周跑去產(chǎn)線定位問(wèn)題去了,也好久沒(méi)機(jī)會(huì)去產(chǎn)線晃蕩了,時(shí)間過(guò)得就很快;不由得想起剛工作那會(huì)經(jīng)常去跟線,如果晚上排產(chǎn)的話就得通宵,累了找個(gè)桌子就躺會(huì)。

今天看這樣的一個(gè)問(wèn)題,即絕緣檢測(cè)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)模擬采樣的影響。

我們都聽(tīng)過(guò),模擬地和數(shù)字地分開(kāi)或者模擬電路供電與數(shù)字電路供電要分開(kāi),雖然我們好像沒(méi)嚴(yán)格做到這樣設(shè)計(jì),但它這樣做的原因是避免數(shù)字電路的高頻開(kāi)關(guān)引起地線或電源線的波動(dòng)。

在BMS上我們的地平面一般是一大塊銅皮,不再區(qū)分?jǐn)?shù)字地和模擬地,但是對(duì)于數(shù)字電路的供電與模擬電路的供電要格外注意,尤其是沒(méi)有空間鋪銅而只能走線的時(shí)候,如下圖:數(shù)字電路與模擬電路由同一路電源供電,當(dāng)數(shù)字電路上出現(xiàn)高頻的開(kāi)關(guān)電流時(shí),會(huì)在供電線上有個(gè)壓降(線路電感導(dǎo)致),這個(gè)壓降同時(shí)會(huì)造成模擬電路的供電波動(dòng),尤其是參考源電路(例如我們高壓采樣的上拉參考源),進(jìn)而導(dǎo)致模擬采樣不準(zhǔn)確。

上面是一種比較典型的數(shù)字電路影響模擬采樣的場(chǎng)景,還有一種是我們常見(jiàn)但是又容易忽略的場(chǎng)景。

在我們的高壓采樣電路上,電橋法的絕緣檢測(cè)方案中,其橋臂開(kāi)關(guān)會(huì)周期性的導(dǎo)通與斷開(kāi),例如下圖的K1與K3,這個(gè)其實(shí)就相當(dāng)于數(shù)字電路的高頻開(kāi)關(guān),K1或K3動(dòng)作的瞬間,在電池與絕緣檢測(cè)電路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流,這個(gè)脈沖電流就會(huì)以傳導(dǎo)或耦合的方式引起模擬采樣電路偏差。

舉一個(gè)傳導(dǎo)的例子,一般絕緣檢測(cè)電路的輸入是與PACK總壓檢測(cè)共用同一條輸入端子,如下圖小米汽車的BMS高壓采樣板上,PACK采樣信號(hào)由PIN6引入,然后經(jīng)過(guò)磁珠后分成兩條路,一條是做PACK高壓采樣,另外一條做絕緣檢測(cè)使用。

原理與共電源走線一樣,絕緣檢測(cè)開(kāi)關(guān)K1K3的動(dòng)作瞬間,造成在高壓正負(fù)采樣線路的寄生電感上產(chǎn)生一個(gè)壓降,這個(gè)壓降會(huì)被PACK采樣電路采集到,進(jìn)而導(dǎo)致PACK采樣不準(zhǔn)確,不過(guò)這個(gè)壓降與PACK總壓相比很小,一般不會(huì)影響我們的采樣精度。

另外再看一個(gè)耦合的例子,我們的高壓采樣電路與絕緣檢測(cè)電路一般都是靠得很近,一長(zhǎng)串分壓電阻平行布置、或者正反面對(duì)稱布置,這些都是常見(jiàn)的布局方式,但是也可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的出現(xiàn)。

此時(shí)可能發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象,如下圖:當(dāng)操作橋臂開(kāi)關(guān)時(shí),在采樣芯片的模擬輸入采樣引腳處會(huì)測(cè)到一個(gè)脈沖的電壓,這個(gè)可能是由于空間耦合造成的,就是因?yàn)榻^緣檢測(cè)的橋臂電阻在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的脈沖電流產(chǎn)生磁場(chǎng),耦合到了相鄰的采樣電路上。

一般的解決辦法是避免在橋臂開(kāi)關(guān)時(shí)做模擬采集,或者內(nèi)層添加地銅皮來(lái)減少磁場(chǎng)耦合。

總結(jié):

寫(xiě)完收工,夜深了趕緊去睡覺(jué);以上所有,僅供參考。

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公眾號(hào)“新能源BMS”主筆,從事新能源汽車電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作,具體為BMS硬件設(shè)計(jì)工作將近10年,在幾個(gè)大的主機(jī)廠都工作過(guò);希望通過(guò)文字,把一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)分享給大家,共同成長(zhǎng)。