ADBMS6830B：多節(jié)電池監(jiān)測(cè)的理想選擇

在電池管理系統(tǒng)（BMS）的設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)是確保電池安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。ADBMS6830B作為一款16通道多節(jié)電池監(jiān)測(cè)器，憑借其高精度、高可靠性和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款芯片。

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一、產(chǎn)品概述

ADBMS6830B能夠測(cè)量多達(dá)16個(gè)串聯(lián)電池單元，在全溫度范圍（-40°C至+125°C）內(nèi)，其終身總測(cè)量誤差（TME）小于2 mV，在3.3 V每節(jié)電池時(shí)，最大TME為±1.8 mV。其測(cè)量輸入范圍為 -2 V至 +5.5 V，適用于大多數(shù)電池化學(xué)體系，還能測(cè)量母線電壓。此外，它支持同時(shí)連續(xù)測(cè)量電池電壓，具備可配置的集成低通濾波功能，采用可堆疊架構(gòu)，適用于高壓電池組，并內(nèi)置isoSPI接口，實(shí)現(xiàn)2 Mbps的隔離串行通信。

二、關(guān)鍵特性

高精度測(cè)量

C-ADC具有0.15 mV/bit的測(cè)量分辨率，S-ADC為1.5 mV/bit，輔助ADC同樣為0.15 mV/bit。在不同的輸入電壓范圍內(nèi)，C-ADC的TME表現(xiàn)出色，如在V DIF ≤ ±2.0 V時(shí)，TME為±1.5 mV；V DIF ≤ 3.3 V時(shí)，TME為±1.8 mV等。這種高精度的測(cè)量能力，能夠?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有助于實(shí)現(xiàn)更精確的電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制。

冗余測(cè)量

通過(guò)C-ADCs和S-ADCs的冗余測(cè)量，能夠提高測(cè)量的可靠性?？梢酝ㄟ^(guò)直接設(shè)置ADCV命令中的冗余位（RD），或者間接同步S-ADCs到已運(yùn)行的C-ADCs來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余測(cè)量。在直接方法中，設(shè)置RD位后，C-ADCs和S-ADCs同時(shí)觸發(fā)，8 ms后比較平均結(jié)果，若結(jié)果不匹配且超過(guò)配置的閾值，會(huì)在狀態(tài)寄存器中設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志。

低功耗設(shè)計(jì)

ADBMS6830B具有多種低功耗模式，睡眠模式下的電源電流僅為4 μA。在低功耗電池監(jiān)測(cè)（LPCM）模式下，能夠在電池管理系統(tǒng)控制器休眠或不活動(dòng)時(shí)，定期喚醒進(jìn)行測(cè)量，平均LPCM電流根據(jù)測(cè)量周期不同而有所變化，如1秒測(cè)量周期時(shí)約為80 μA，32秒測(cè)量周期時(shí)約為12 μA。

通信接口

具備4線SPI和2線isoSPI兩種串行接口，可根據(jù)需要進(jìn)行配置。isoSPI接口采用差分脈沖通信，具有低電磁干擾（EMI）敏感性和低輻射，支持長(zhǎng)達(dá)20米的單雙絞線傳輸，適用于長(zhǎng)距離、高速通信，并且具有雙向通信功能，可實(shí)現(xiàn)斷線保護(hù)。

電池平衡功能

每個(gè)通道支持高達(dá)300 mA的被動(dòng)電池平衡，通過(guò)可編程的PWM控制放電電流。在不同的工作狀態(tài)下，如待機(jī)、REFUP、擴(kuò)展平衡和測(cè)量狀態(tài)（放電超時(shí)未到期），都可以實(shí)現(xiàn)PWM放電功能。不過(guò)，在進(jìn)行S測(cè)量時(shí)，部分ADC命令可以控制是否中斷PWM放電，以避免測(cè)量受到放電電流的影響。

三、工作模式

核心狀態(tài)

• 待機(jī)狀態(tài)：上電或復(fù)位后進(jìn)入，可與芯片通信，可通過(guò)寫(xiě)入PWM寄存器組啟用電池放電和平衡功能。此時(shí)參考和ADC關(guān)閉，看門狗和/或放電定時(shí)器運(yùn)行，DRIVE引腳通過(guò)外部晶體管為V REG 引腳提供5.2 V電源。
• 睡眠狀態(tài)：看門狗定時(shí)器超時(shí)后進(jìn)入，功耗最低，參考和ADC斷電，isoSPI端口處于空閑狀態(tài)，DRIVE引腳為0 V，內(nèi)部3 V穩(wěn)壓器為檢測(cè)喚醒信號(hào)和保留6字節(jié)用戶可編程數(shù)據(jù)供電。
• REFUP狀態(tài)：通過(guò)WRCFGA命令將配置寄存器組A中的REFON位設(shè)置為1可進(jìn)入。此狀態(tài)下ADC關(guān)閉，參考上電，以便更快地啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換。
• 測(cè)量狀態(tài)：接收到有效的ADC命令（ADCV、ADSV、ADAX或ADAX2）后進(jìn)入，參考和ADC上電。根據(jù)命令中的CONT位設(shè)置，可進(jìn)行單次或連續(xù)轉(zhuǎn)換。
• 擴(kuò)展平衡和DTM測(cè)量狀態(tài)：在DTM測(cè)量狀態(tài)下，芯片會(huì)定期監(jiān)測(cè)電池電壓，同時(shí)PWM平衡和放電定時(shí)器處于活動(dòng)狀態(tài)，無(wú)需與主機(jī)控制器交互。當(dāng)看門狗定時(shí)器到期且放電定時(shí)器監(jiān)測(cè)啟用且未超時(shí)，芯片進(jìn)入擴(kuò)展平衡狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行配置的PWM放電。

isoSPI狀態(tài)

• 空閑狀態(tài)：isoSPI端口斷電，接收到喚醒信號(hào)后進(jìn)入就緒狀態(tài)。
• 就緒狀態(tài)：isoSPI端口準(zhǔn)備好通信，串行接口電流取決于ISOMD引腳的狀態(tài)。若一段時(shí)間無(wú)活動(dòng)，將返回空閑狀態(tài)；開(kāi)始傳輸或接收數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)。
• 活動(dòng)狀態(tài)：使用一個(gè)或兩個(gè)isoSPI端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)串行接口功耗最大，供電電流隨時(shí)鐘頻率增加而增加。

四、應(yīng)用注意事項(xiàng)

電源供應(yīng)

ADBMS6830B由V+和V REG 兩個(gè)引腳供電。V+輸入電壓需大于等于11 V，主要為高精度齊納參考電壓供電；V REG 輸入為5 V，為核心電路、isoSPI電路和放電開(kāi)關(guān)供電。V REG 可以通過(guò)DRIVE引腳驅(qū)動(dòng)的外部晶體管供電，也可以使用外部電源。不同工作狀態(tài)下，功耗有所不同，測(cè)量時(shí)的電流取決于開(kāi)啟的ADC數(shù)量。

輸入濾波

由于ADBMS6830B采用過(guò)采樣的Δ - Σ ADC，對(duì)輸入濾波的要求相對(duì)較低。但為了濾除約4 MHz采樣頻率附近及以上的快速瞬態(tài)噪聲，需要為每個(gè)ADC添加RC低通去耦濾波器。對(duì)于未與相鄰?fù)ǖ拦蚕頌V波電阻的通道，建議使用200 Ω電阻，以避免引入測(cè)量誤差。若使用不同阻值的濾波電阻，可通過(guò)相應(yīng)公式進(jìn)行誤差補(bǔ)償。

電池平衡

可以使用內(nèi)部MOSFET或外部晶體管實(shí)現(xiàn)電池平衡。使用內(nèi)部MOSFET時(shí)，每個(gè)Sx輸出連接一個(gè)最大導(dǎo)通電阻為4 Ω的內(nèi)部MOSFET，可通過(guò)串聯(lián)外部電阻限制放電電流，最大放電電流建議不超過(guò)300 mA，并需監(jiān)測(cè)芯片溫度。對(duì)于需要更大平衡電流的應(yīng)用，可以使用Sx引腳控制外部晶體管。

電池去填充

當(dāng)監(jiān)測(cè)的電池?cái)?shù)量少于16節(jié)時(shí)，需要注意一些問(wèn)題。對(duì)于LQFP_EP封裝的ADBMS6830B，S1、S2和S3通道不能去填充，如果需要對(duì)下一個(gè)更高通道進(jìn)行電池平衡。對(duì)于偶數(shù)節(jié)電池監(jiān)測(cè)，建議去填充一個(gè)或多個(gè)引腳對(duì)，并將相應(yīng)輸入引腳連接到最高電池的正極；對(duì)于奇數(shù)節(jié)電池監(jiān)測(cè)，只使用某一引腳對(duì)的一個(gè)通道，且需將該通道前的濾波電阻減小到100 Ω，以保持電池電壓測(cè)量精度。

母線監(jiān)測(cè)和旁路

ADBMS6830B的所有電池測(cè)量通道都可以測(cè)量低至 -2 V的負(fù)電壓，可用于測(cè)量母線電壓。若不需要測(cè)量母線電壓，可以將母線連接到芯片的引腳對(duì)之間。但需要注意，使用通道測(cè)量母線時(shí)，會(huì)對(duì)相鄰?fù)ǖ赖臏y(cè)量產(chǎn)生誤差，可通過(guò)調(diào)整濾波電阻或進(jìn)行誤差補(bǔ)償來(lái)解決。

五、總結(jié)

ADBMS6830B以其高精度的測(cè)量能力、豐富的功能和靈活的應(yīng)用方式，為電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求，合理配置芯片的各項(xiàng)參數(shù)，注意電源供應(yīng)、輸入濾波、電池平衡等方面的問(wèn)題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用ADBMS6830B的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。