【導(dǎo)讀】通常汽車(chē)零部件受到的磁場(chǎng)干擾可以分為內(nèi)部或外部干擾源干擾，其中內(nèi)部干擾源包括汽車(chē)的電動(dòng)馬達(dá)、制動(dòng)器等；而外部干擾源包括功率傳輸線(xiàn)、充電站等。低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試 MFI 的方法是將 DUT 暴露在干擾磁場(chǎng)中進(jìn)行測(cè)試。輻射環(huán)可以產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)，還可以用于小型 DUT 測(cè)試，或者采用多點(diǎn)放置的方法來(lái)測(cè)試大型 DUT。本文由ADI代理商駿龍科技工程師Ai Wei為大家介紹一種 BMS 采樣板針對(duì)低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試的解決方案。
通常汽車(chē)零部件受到的磁場(chǎng)干擾可以分為內(nèi)部或外部干擾源干擾，其中內(nèi)部干擾源包括汽車(chē)的電動(dòng)馬達(dá)、制動(dòng)器等；而外部干擾源包括功率傳輸線(xiàn)、充電站等。低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試 MFI 的方法是將 DUT 暴露在干擾磁場(chǎng)中進(jìn)行測(cè)試。輻射環(huán)可以產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)，還可以用于小型 DUT 測(cè)試，或者采用多點(diǎn)放置的方法來(lái)測(cè)試大型 DUT。本文由ADI代理商駿龍科技工程師Ai Wei為大家介紹一種 BMS 采樣板針對(duì)低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試的解決方案。
MFI 測(cè)試設(shè)置
低頻磁場(chǎng)抗擾 MFI 測(cè)試布置如下圖 (圖1) 所示，DUT 的每個(gè)面都要?jiǎng)澐殖?100mm*100mm 的均勻方格區(qū)域，輻射環(huán)則平行放置于距離這些小方格中心 50mm 的位置進(jìn)行測(cè)試。線(xiàn)束中的所有導(dǎo)線(xiàn)需按照實(shí)際的車(chē)載應(yīng)用進(jìn)行端接或空載，如可能，還要安裝實(shí)際的負(fù)載或制動(dòng)器。
圖1 輻射環(huán)測(cè)試布置
本文應(yīng)用的測(cè)試頻段為15Hz~150KHz，推薦的測(cè)試嚴(yán)酷定級(jí)劃分如下表 (表1) 所示：
表1 磁場(chǎng)抗擾測(cè)試推薦測(cè)試嚴(yán)酷等級(jí) (內(nèi)部場(chǎng)模擬)
LTC6813 BMS MFI 測(cè)試
DUT 測(cè)試環(huán)境連接設(shè)置如上圖 (圖1) 所示，輻射環(huán)對(duì)準(zhǔn)覆蓋 LTC6813 BMS 板上的 AFE 即 LTC6813，每個(gè) AFE 都要測(cè)試一次，連接器和 FPC 在覆蓋面積內(nèi)。結(jié)果顯示 BMS MFI 測(cè)試失敗。LTC6813 所有通道的電壓從 200Hz 到 2kHz 呈現(xiàn) 10mV 以上跳動(dòng)，其他頻段則表現(xiàn)良好，而測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為采樣電壓跳動(dòng)需小于 10mV。
Debug 分析
在 LTC6813 菊花鏈 demo 評(píng)估板上實(shí)測(cè) MFI 并無(wú)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。比較 demo 評(píng)估板和 LTC6813 BMS 板的硬件設(shè)置，可以看到 demo 只有 3 個(gè) AFE 和 3 個(gè)連接器；而 LTC6813 菊花鏈 BMS 板為 5 個(gè) AFE 以及 3 個(gè)連接器，采樣板連接端口有一塊 FPC 軟板連接采樣線(xiàn)束和 CSC 板。這是實(shí)際應(yīng)用工況無(wú)法避免的情況。
圖2 LTC6813 菊花鏈 BMS 板
該 FPC 軟板走線(xiàn) layout 為環(huán)形，不是像線(xiàn)束一樣并行走向，而且同一 cell 的 2 根采樣線(xiàn)束有出現(xiàn)跨接 2 個(gè)連接器的情況，這與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)束要求不一致。線(xiàn)束應(yīng)盡量減小線(xiàn)束內(nèi)部的差分耦合效應(yīng)，同時(shí)減少對(duì)負(fù)載及電源的干擾。線(xiàn)束及 DUT 要放置在一個(gè)絕緣、非鐵磁性、低滲透性材質(zhì) (如木桌)。
猜測(cè)輻射環(huán)測(cè)試時(shí)會(huì)同時(shí)覆蓋住 AFE、連接器和 FPC，該 FPC 走線(xiàn)呈現(xiàn)線(xiàn)圈狀和少數(shù) cell 在連接器處的分開(kāi)走線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致電磁效應(yīng)，這可能會(huì)干擾采樣。同時(shí) 200Hz 到 2kHz 的噪聲，ADC 7KHz 模式可能無(wú)法濾除，IC 內(nèi)部的 ADC 有可選的濾波模式，同步嘗試更改 ADC 1KHz 模式，觀察是否會(huì)改善測(cè)試結(jié)果。
MFI 測(cè)試結(jié)果分析
FPC 軟板走線(xiàn)呈現(xiàn)線(xiàn)圈狀繞法。帶 FPC 測(cè)試時(shí)，幾乎所有的 cell 測(cè)量電壓都跳動(dòng)超過(guò) 10mV；而去掉 FPC 軟板，直接連接線(xiàn)束，絕大多數(shù)通道測(cè)量誤差能在 ±3mV 以?xún)?nèi)。
分析查看異常的幾個(gè)采用通道。如下圖 (圖3) LTC6813 參考電路圖所示，以其中的一個(gè)通道 9 電壓為例子，采樣通道 9 電壓需要 C9 和 C8 兩根線(xiàn)，而這兩根線(xiàn)被分配在不同的連接器上，即這兩根線(xiàn)之間包含的面積較大。PCB 走線(xiàn)上由于要分開(kāi)走線(xiàn)，也包圍了一定的面積。
圖3 LTC6813 參考電路
根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此時(shí)面積越大，耦合磁場(chǎng)的能量越大。將 C8 和 C9 這兩根分布在不同連接器上的走線(xiàn)并接在一起，以減小線(xiàn)束之間包含的面積。進(jìn)行 MFI 測(cè)試時(shí)，測(cè)量誤差從 20mV 縮小到了 9mV，磁線(xiàn)圈只蓋住一個(gè)連接器，則電壓跳動(dòng)在 5mV 左右。
最壞的情況是把線(xiàn)圈蓋住兩個(gè)連接器，這兩個(gè)連接器剛好包含了一個(gè)電芯的兩根走線(xiàn)，比如 C8/C9。將不同連接器的所有線(xiàn)束綁在一起以減小面積，此時(shí) MFI 的測(cè)試結(jié)果顯示，最大誤差在 10mV。綜上，F(xiàn)PC 軟板的環(huán)形走線(xiàn)和電芯采樣線(xiàn)束的跨接連接器會(huì)導(dǎo)致 MFI 測(cè)試時(shí)的耦合效應(yīng)，從而影響采樣電壓，建議減小感應(yīng)面積。
解決方案
在電路設(shè)計(jì)方面，ADI LTC6813 內(nèi)部有多種濾波模式，功能強(qiáng)大，能夠靈活更改 ADC 模式，從 7KHz 改為 1KHz。高精度的電壓采樣場(chǎng)合建議使用 1KHz 模式，在一些診斷的應(yīng)用，可以使用 7KHz 及以上模式。在連接線(xiàn)束方面，可以?xún)?yōu)化結(jié)構(gòu)去掉 FPC，或者一個(gè)連接器對(duì)應(yīng)一個(gè) AFE，避免同一個(gè) AFE 的采樣線(xiàn)有跨接 2 個(gè)連接器，從而導(dǎo)致耦合面積增大的情況。
總結(jié)
BMS 評(píng)估板在做低頻磁場(chǎng)抗擾測(cè)試時(shí)，硬件部分的連接器結(jié)構(gòu)需要一個(gè)連接器對(duì)應(yīng)一個(gè) AFE，避免同一個(gè) AFE 的采樣線(xiàn)出現(xiàn)跨接情況。這樣同一個(gè)電芯的采樣線(xiàn)走線(xiàn)的環(huán)路最小，MFI 測(cè)試就不會(huì)出現(xiàn)采樣精度問(wèn)題。軟件部分則可以選擇不同 ADC 模式以適應(yīng)更好的應(yīng)用場(chǎng)景。
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