在“2017慕尼黑上海電子展”上，Linear(凌力爾特)祭出強(qiáng)大陣容，有大量生動(dòng)演示。公司應(yīng)用技術(shù)工程師寧強(qiáng)先生為電子產(chǎn)品世界的編輯進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201703/346019.htm
寶馬助陣，電動(dòng)車(chē)的無(wú)線BMS最炫
Linear的BMS(電池管理系統(tǒng))演示非常吸引眼球。這是寶馬概念車(chē)，已經(jīng)能夠行駛。
當(dāng)然，拋“磚”引玉，核心是要展示一塊電路板，上面有Linear的合作伙伴——德國(guó)LIONSmart開(kāi)發(fā)的無(wú)線BMS系統(tǒng)。下圖中左上角電路板上有一處LIONSmart的Logo，Logo遮蓋下的就是幕后英雄——Linear的電池組監(jiān)視器芯片LTC6804/LTC6811，這些芯片助力LIONSmart實(shí)現(xiàn)高性能高電壓電池監(jiān)視器，可以監(jiān)測(cè)電池的各種狀態(tài)，諸如用電狀態(tài)、導(dǎo)線端子連接等。
具體地，電路在啟動(dòng)/上電時(shí)，首先要依次檢查接觸器是否是好的，是否有故障點(diǎn)，如果全部沒(méi)問(wèn)題，就可以通過(guò)充電電阻給電容充電，然后吸合接觸器并啟動(dòng)電機(jī)。
本系統(tǒng)中電池監(jiān)控采用的是多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器LTC6804。目前最新的是LTC6811，與LTC6804引腳兼容、軟件兼容，且具有額外的濾波器截止頻率、增添了被動(dòng)和主動(dòng)電池平衡控制功能、新的ADC命令和可應(yīng)對(duì)更多故障情況以實(shí)現(xiàn)更高的功能安全性等級(jí)。如果電池出現(xiàn)了故障，通過(guò)LTC6804/LTC6811監(jiān)控，可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)及報(bào)警。
LTC6811能同時(shí)負(fù)責(zé)12節(jié)電池的電壓測(cè)量，并可堆疊，因此電動(dòng)汽車(chē)如果有96節(jié)電池，那么12x8=96，需要8塊LTC6811就夠了。
LTC6804/LTC6811可以與LTC6820配合實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的可靠數(shù)據(jù)通信。LTC6820是isoSPI隔離式通信接口，可把差分的isoSPI信號(hào)轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)的SPI，給到MCU。
依靠Linear的這些芯片做后盾，這看起來(lái)不太難?是否誰(shuí)都可以照貓畫(huà)虎地做出一個(gè)LIONSmart的系統(tǒng)呢?其實(shí)軟件也是重要組成部分。在這里，硬件的任務(wù)是保證整個(gè)系統(tǒng)的干擾因素降到最低、非�？煽�，不會(huì)因干擾引起信息/代碼的丟失，以真實(shí)地反映電池的狀態(tài)。
無(wú)線BMS，關(guān)鍵的還有無(wú)線部分，其無(wú)線傳輸采用了Linear專(zhuān)為BMS優(yōu)化的SmartMesh產(chǎn)品。
SmartMeshIP嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
實(shí)際上，SmartMesh不僅可用于汽車(chē)，還可用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，以保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高可靠的傳輸數(shù)據(jù)，諸如溫度、壓力、濕度、流量、液位等傳感器信息。特點(diǎn)是適合各種通用應(yīng)用，可靠性高，功耗低。具體地，在可靠性方面，SmartMeshIP的各節(jié)點(diǎn)與管理器有統(tǒng)一頻率的時(shí)鐘，且由管理器進(jìn)行集中管理，從而避免網(wǎng)絡(luò)自身產(chǎn)生頻率干擾，跳頻功能及多節(jié)點(diǎn)路由的功能也保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。為何功耗低?因?yàn)楣芾砥鞯募泄芾�，使�?jié)點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)工作，分時(shí)傳輸。
SmartMeshIP非常適合惡劣環(huán)境下的信號(hào)采集、溫濕度采集等，比如煤礦、工廠等電磁環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)合。符合無(wú)線IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，有經(jīng)過(guò)預(yù)驗(yàn)證的PCB模塊，以及無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)軟件。
該方案已推出四五年了，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，超過(guò)6萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)部署在120多個(gè)國(guó)家。不過(guò)，在我國(guó)還是剛剛起步，國(guó)外的艾默生等企業(yè)在化工廠和/或污水處理廠有應(yīng)用。
SmartMESHIP網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間同步
SmartMESHIP的特點(diǎn)除了實(shí)現(xiàn)跳頻/多路路由、低功耗外，且具有時(shí)間同步功能。
在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，由于是從網(wǎng)絡(luò)來(lái)的，會(huì)產(chǎn)生不同的延遲。由于SmartMESHIP本身有時(shí)間戳的功能，可在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包中加有時(shí)間戳。這樣同樣采集濕度、溫度等信號(hào)可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。
延遲的集中處理方法分為兩種：1.正常的操作;2.優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，優(yōu)先級(jí)高，就會(huì)連續(xù)分配給它幾塊時(shí)間，使它可以很快地把數(shù)據(jù)傳輸上來(lái)。
堅(jiān)固的隔離，用于標(biāo)準(zhǔn)接口
Linear的μModule隔離器也做了多年，目前系列很全，適合各種嚴(yán)苛的信號(hào)環(huán)境以及多種隔離接口，諸如RS485、SPI、MOS開(kāi)關(guān)、USB、I2C、RS232、CAN等。
μModule的特點(diǎn)是隔離度高，可達(dá)到7500VRMS的隔離度，ESD防護(hù)能力強(qiáng)，有高達(dá)25kV的ESD堅(jiān)固防護(hù)接口引腳，可承受大于30kV/μs的高共模瞬變，且有低EMI——低于CISPR22ClassB的限值。
展會(huì)上，有展示隔離效果的demo(展示)，首先通過(guò)μModule一體化隔離式Anyside開(kāi)關(guān)控制器LTM9100。在其電路周邊會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲，例如一直有開(kāi)關(guān)在切換的動(dòng)作，表示電壓時(shí)有時(shí)無(wú)，會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲。并在原副邊加了240V的電壓(注：可見(jiàn)電路板上面部分中，一些小燈泡在閃爍小火苗)。此時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)LTM2889(CAN隔離器)、LTM2881(RS485隔離器)、LTM2887(RS232隔離器)、LTM2887(I2C隔離器)等，最終進(jìn)達(dá)LCD顯示�？梢�(jiàn)顯示屏依然順利地實(shí)現(xiàn)了操作。這說(shuō)明數(shù)據(jù)可以在強(qiáng)噪聲環(huán)境里依然可以可靠地傳輸，誤碼率極低，沒(méi)有丟包或誤碼現(xiàn)象。
“這類(lèi)產(chǎn)品一般用在對(duì)質(zhì)量要求比較高的應(yīng)用中，尤其是電磁環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)合下�！睂帍�(qiáng)提及到。
據(jù)悉，μModule最高可實(shí)現(xiàn)7500VRMS的隔離度。那么，哪些場(chǎng)合需要如此高的電壓?例如醫(yī)療的某些應(yīng)用中，可能會(huì)要求高達(dá)5000V的信號(hào)隔離耐壓，過(guò)去客戶需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路，現(xiàn)在用μModule就可搞定。
100V多拓?fù)淇刂破?
新推出的LTC3871，是48V/12V升降壓產(chǎn)品。12V/48V升壓的應(yīng)用場(chǎng)景是什么?相當(dāng)一部分應(yīng)用是在弱混動(dòng)汽車(chē)上，當(dāng)配有48V電池時(shí)，如果48V電池需要充電，可以通過(guò)車(chē)上的12V電池升壓來(lái)充電。如果12V電池電量低，則通過(guò)48V電池降壓給12V電池充電。它們共享一套電路�？梢杂糜谄�(chē)的start-stop啟停裝置。
據(jù)悉，很多客戶對(duì)LTC3871感興趣。這里的48V主要不是針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)，而是弱混動(dòng)汽車(chē)。應(yīng)用場(chǎng)景是：對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)，啟停是最容易實(shí)現(xiàn)的，只需一些很小的改動(dòng)，使剎車(chē)后熄火，就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油的目的。
LTC3871可以堆疊較多，可實(shí)現(xiàn)12相并聯(lián)，一相是20A，20Ax12就是240A，若一相是25A，25Ax12=300，就是300A。
下圖演示中，是采用LT8705(注：是80VVIN和VOUT同步四開(kāi)關(guān)、降壓-升壓型DC/DC控制器)來(lái)實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)。一邊是輸電設(shè)備，12V有電時(shí)會(huì)通過(guò)LT8705給48V電容充電，充滿之后會(huì)通過(guò)LT8705反方向放電，這里增加了LTC4359，以防止LT8705放電時(shí)產(chǎn)生的12V回流到電源輸入端。
上圖左側(cè)的LTC4359是控制單個(gè)MOS管以實(shí)現(xiàn)理想二極管控制，導(dǎo)通時(shí)為毫歐級(jí)的電阻。而普通二極管，若12V充電，會(huì)有0.6V電壓差，因此損耗較大。LTC4359很適合汽車(chē)應(yīng)用，因汽車(chē)是大電流，可降低損耗。
神奇的靜態(tài)開(kāi)關(guān)演示
下圖演示的是12V供電電路，每個(gè)有靜態(tài)開(kāi)關(guān)電源。普通產(chǎn)品(見(jiàn)右下“DUT3”)，上電后，會(huì)產(chǎn)生約-40dB的EMI(電磁干擾)噪聲。如果把競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切換到Linear的產(chǎn)品(“DUT2”)，可見(jiàn)左側(cè)示波器上的基準(zhǔn)度非常平(示波器下圖)。但美中不足的是，開(kāi)關(guān)頻率處有個(gè)尖峰，這時(shí)加個(gè)很小的LC濾波電路即可將其濾除�？梢�(jiàn)Linear產(chǎn)品的底噪很小。
為何“DUT2”比“DUT3”的電路板看起來(lái)大?實(shí)際上“DUT2”的電路板可以做得更小，此處采用的是標(biāo)準(zhǔn)演示板，外圍增設(shè)有接線及測(cè)量端子。此演示的目的：在同樣功率情況下，看誰(shuí)的噪聲值更低。
“DUT2”上的明星產(chǎn)品是LT8614，具有2.5μA靜態(tài)電流的42V、4A同步穩(wěn)壓器SilentSwicher(安靜開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器)�，F(xiàn)在Linear又推出了新的LT8640，電流更大。
為何SilentSwicher的底噪很低?原因之一是結(jié)構(gòu)特殊，例如引腳是左右對(duì)稱的，中間也有引腳，這樣左邊有電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，右邊也同時(shí)有電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，這樣左右磁場(chǎng)近似閉合，意味著對(duì)外輻射最小。
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