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分流器使用的相关知识点总结(下)

5月前浏览4278

最近在调整心态和适应工作节奏,重新找回做硬件最初的冲动。

这次继续总结介绍分流器使用相关的知识点,都是很重要的哦。

分流器上面的采样线和地线

在SHUNT除了引出成对的采样线外,还会布置一条地线,用来给BJB芯片做为参考地,如下图所示:此SHUNT布置在电池的负极处,两条蓝色线为采样线,而灰色线即为这条地线,它从SHUNT靠近电池负极处引出,用于BJB芯片供电参考地;因为BJB芯片供电电流经过的路径会产生压降,而它对于电流采样的电压来讲是不能忽略的,所以单独的这条地线很有必要,类似AFE的供电单独走线。

在实际设计中,对于直插类型的SHUNT,你会发现有些产品上布置了3个PIN针,多出的一个就是为了走地线;而对于贴片类型SHUNT,则是通过PCB走线来引出采样线与地线的,这个就由我们自己来设计了。

分流器上的电流路径

电流在导体中通过,其分布并不是完全的均匀分布,对于分流器来讲,其上面分布的电流也不是均匀的,这里需要引入一个电流密度的概念。

理想情况下,电流是均匀分布在SHUNT表面上的,如下图所示:铜排为左右连接,电流从左边铜排流入,这种情况下电流分布接近于均匀分布。

但是当外部铜排连接方式改变时,SHUNT上的电流分布就会变得不均匀,如下图:外部铜排从下方连接,电流同样从左边的铜排流入,那么SHUNT表面的电流分布就变成了靠近下方比上方的电流密度大。

上面这种电流不均匀的现象对于我们使用来讲,最直接的影响是导致合金两端的压降在不同位置是不一样的,进一步地,如何布置我们的电流采样点就显得很重要了。如果只有一对采样点,那么建议布置在合金中间位置,如果有多对采样点,那么可以布置在上下对称的位置,最终的目的是最大可能地降低电流分布不均匀导致的采样误差

另外,上面的问题也对我们产线标定、实际使用时的铜排连接提供了一些指导作用,当然,所有的这些都需要量化出来,再去评估影响。

分流器的发热

分流器的最大缺点就是其发热问题,这个不仅影响采样精度,还可能损坏元件;在分流器总成产品上,包括了PCB、NTC、连接器与SHUNT等这几部分,它们都有其可承受的最高温度限制,当通过SHUNT的电流过大时,其发热是可能超出最高温度限制的,这个需要仿真和实际测试下最大电流时的温升情况。

总结:

以上所有,仅供参考。

来源:新能源BMS
芯片
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首次发布时间:2024-05-12
最近编辑:5月前
胡摇扇
新能源BMS
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案例分析:从钳位电路引出的BMS电源电压抬升问题

本文摘要:(由ai生成)本文探讨了二极管钳位电路在电池管理系统(BMS)中的应用及其局限性。肖特基二极管常用于限制AD采样端口电压,但钳位效果受电源灌电流能力影响。当电源灌电流能力不足时,异常电压可能导致电源电压抬升,损坏其他负载。通过仿真分析,提出了增大限流电阻或选择外部负载较大的电源网络等改进措施。同时,文章还讨论了BMS在短路保护测试中的硬件故障问题,并建议采取相应措施避免电压抬升故障。前几天看了一个公 众 号文章,是关于二极管钳位电路的文章,链接在此:《关于二极管钳位电路的思考与学习》,里面写的是关于下图这种钳位二极管的使用问题,很有意思;在BMS中也经常使用这种肖特基二极管做一些AD采样端口的幅值限制,工作原理就是异常电压经过限流电阻后,二极管导通,因为二极管导通压降基本固定,这样将电压钳位在-0.7V或5.7V(下图中连接到+5V电源),用来保护AD端口。但我们往往忽略了一个前提,文章中也提到了这个问题,即要能做到钳位住电压的前提条件是这个电源要有一定的灌电流能力,可能我们很多人会把单板上的电源都当成了理想的电源,即有拉电流的能力也有灌电流的能力,但是实际上,很多LDO是不具有灌电流能力的,所以这样使用二极管做钳位是没有效果的。那么此时,会发生什么呢?仿真一下如下图,左边绿色方框为一个5V的LDO电源(二极管D1用来模拟此LDO不能灌电流),右边方框为外部的12V异常输入电压,这个电压被二极管钳位连接到LDO电源(二极管省略了),R1\R2\R3为LDO的外部负载,R4为限流电阻;我们首先看下当这个异常电压不存在时,A点的电压大概为4.97V左右。然后,闭合S1,模拟异常的12V电压被连接到LDO电源,此时发现A点的电压抬升到9.23V,是远远大于5V的,此时就失去了钳位作用,而且这个9.23V可能还会损坏LDO供电的其他负载,所以不但钳位电路未起作用,而且还会导致其他负载的损坏。接着,我们把限流电阻R4增大,然后会发现A点电压回落到了4.99V,此时电路不会损坏,这个告诉我们可以通过增大信号线上的限流电阻来提高防护能力。换一种方法,我们将LDO外部的负载R1\R2阻值减小,再次仿真,发现A点的电压也是回落到5V以下,也起到了保护作用,这个告诉我们可以将钳位电源选择一路外部负载比较大的电源网络。写到这里,我们带着上面这些知识来看下BMS上面遇到的一些实际问题,在之前的发文《案例分析:BMS电气测试中短路保护测试出现的硬件故障》中,提到过BMS会针对信号端口做一些短路到电源的测试,例如NTC\CC2\HVIL等外部输入信号,参考下图:当A点短路到电源后,可能出现的问题是内部的供电电源被抬升,进而SBC出现过压故障,进入安全状态,导致整个BMS的功能丧失,其电源电压抬升的原因就与上面相同。对于SBC来讲,其上的线性电源被用来给一些数字电路供电,或被当成参考电压源,但是这些线性电源可能也不具有灌电流的能力,外部输入的信号如果钳位到此电源或者上拉到此电源,就会产生电压抬升的问题。来源:新能源BMS

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