聊聊AFE的断线检测功能

电池采样芯片（AFE）里面有一个重要功能：断线检测。

它包括检测电芯电压采样线断线、温度采样线断线，有的还覆盖均衡回路断线，我们主要接触的是电压采样线断线的场景。

那为什么要检测采样线断线呢？在下图中，某条采样线处于断开状态，此时这条采样线的上下两个电芯会被内阻Ri进行分压，也会采集到一个“假的”电压值，但实际这个电压值不能代表电芯的真实电压，如果它被当做真实电压使用，会造成过充或者过放电。

所以在AFE中都集成了断线检测功能，也成为了在功能安全中必不可少的安全机制，功能确实很有用。在目前接触到的几个厂家中，断线检测方法大概可以分为两种：电流源法和电阻分压法。

下面介绍一下电流源检测方法原理，下图为ADI的LTC6804内部框图，它画出了断线检测内部电路：在选通器的输出端（ADC输入端），内置了上拉与下拉的电流源，可以等效看做是上拉电阻和下拉电阻。

它的原理是，首先接通上拉电流源，断开下拉电流源，然后进行电压采集，得到12串电芯电压采样结果；然后接通下拉电流源，断开上拉电流源，再得到12串电压采样结果；接下来对两次得到的结果进行相减，如果第（n+1）节电芯差值小于-400mV，则判定为Cn断线。

举个例子，假设所有电芯电压为4V，当C2断线时，那么CELLΔ(2+1)=CELL3(上拉)-CELL3(下拉)=(12-V+)-(12-V-)=(V-)-(V+)＜-400mV，即可判断出断线故障；

松下的芯片内部也是在类似的位置加上下拉电流源，不过它加的数量和排布略有不同，判定方法也略有不同。

再来看一下NXP的方案，它是用电阻分压的方式来识别故障，如下图所示。

在其内部采样通道上，集成了一个开关和电阻Rpd，开关S分为奇数组和偶数组，同时只能闭合一组，即S2闭合时，S1与S3是断开的，反之亦然；AFE去操作两组开关，去得到两组采样值，如果当其闭合时，采到的结果小于门限电压（例如150mV），测判定为断线。

举个例子，假设电芯电压为4V，Rm=5K，Rpd=2K，那么图中红色圆圈处断线，根据电阻分压，当S2闭合、S1\S3断开时，CELL1=4V，CELL2=0V，CELL3＞5V；当S2断开、S1\S3闭合时，CELL1=0.7V，CELL2＞5V，CELL3=0V；因为CELL1和CELL2都出现0V（小于150mV）的值，小于门限值，故判定为两个电芯中间处断线。

美信是利用内部均衡MOS管来检测采样线断线，如下图所示：Rb是均衡电阻，S是内部的均衡MOS开关。

它的检测方案利用内部的均衡电路来检测，也是分为奇数、偶数开关两组，分别采集MOS两端电压，采样后做对比，大同小异。

前面介绍了基本的断线检测原理，其实这里面还是有一些注意事项的，都需要工程师仔细考虑。

1、电芯采样线最两边的那两条（第一节负、最后一节正）的检测方法有些差别；

2、如果AFE采用专门的两条供电线，它们是否可以识别出断线？是否影响其他断线检测；

3、考虑两条线或更多条线同时断线，检测电路又变成了什么样子？是否可以识别出来？

4、AFE最低几节采样线同时断线，是否会影响AFE正常工作？

5、断线检测的执行周期怎么安排？触发条件是什么？

总结：

断线检测是AFE的一个重要功能，对于我们来讲，一定要吃透其检测原理，再去进行调试，原理其实很简单，但里面比较啰嗦。也有用分立元件去搭检测电路的，原理差不多，比较麻烦。