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全隔离式锂离子电池监控和保护系统

导读: 锂离子电池组包含大量的电池单元,必须正确监控才能提高电池效率,延长电池寿命并确保安全性。图1所示电路中的6通道AD7280A器件充当主监控器,向系统演示平台(SDP-B)评估板提供精确的电压测量数据,而6通道AD8280器件充当副监控器和保护系统。

  锂离子(Li-Ion)电池组包含大量的电池单元,必须正确监控才能提高电池效率,延长电池寿命并确保安全性。图1所示电路中的6通道AD7280A器件充当主监控器,向系统演示平台(SDP-B)评估板提供精确的电压测量数据,而6通道AD8280器件充当副监控器和保护系统。两个器件均采用8V至30V的单电源宽工作电压范围,工作温度范围为-40℃至+105℃工业温度范围。

  AD7280A内置一个±3ppm基准电压源,提供±1.6mV的电池电压测量精度。ADC分辨率为12位,转换48个单元只需7μs时间。

  AD7280A具有电池平衡接口输出,用来控制外部FET晶体管,允许各电池放电,并强行使堆叠中的所有电池单元具有相同电压。

  AD8280独立于主监控器工作,并提供报警功能,可指示超容差条件。该器件内置自用基准电压源和LDO,二者均完全采用电池组供电。基准电压源与外部电阻分压器一起,用来设置过压/欠压的跳变点。每个电池通道都含有可编程去毛刺(D/G)电路,以免瞬时输入电平引发报警。

  AD7280A和AD8280位于电池管理系统(BMS)的高压端,具有一个菊花链接口,最多能将8个AD7280A和8个AD8280堆叠在一起,以监控48个锂离子电池单元的电压。堆叠中的相邻AD7280A和AD8280可以直接通信,向上向下传递数据,而无需隔离。

  堆叠底部的主器件使用SPI接口和GPIO与SDP-B评估板通信,只有在这个地方才需要高压电流隔离,以便保护SDP-B板的低压端。数字隔离器ADuM1400、ADuM1401和集成DC-DC转换器的隔离器ADuM5404共同提供所需的11通道隔离,构成一种紧凑、高性价比的解决方案。ADuM5404还可为较低AD7280A的VDRIVE输入提供5V隔离输出,并为ADuM1400和ADuM1401隔离器提供VDD2电源电压。

  电路描述

  AD7280A是一款完整的数据采集系统,内置一个高压输入多路复用器、一个低压输入多路复用器、一个12位、1μsSARADC和用于通道时序控制的片内寄存器。HVMUX用于测量串联锂离子电池单元,如图1所示。LVMUX提供单端ADC输入,可结合外部热敏电阻测量个别电池单元的温度;如果不需要温度测量,则可利用辅助ADC输入转换任何其它0V至5V输入信号。另外还提供2.5V精密基准电压源和片内电压调节器。

全隔离式锂离子电池监控和保护系统

  图1.锂离子电池监控和保护系统原理示意图

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