通过高精度AFE优化电池测量和电池组监测

MAX14921为高性能、电池测量模拟前端（AFE），适用于需要出色精度和可靠读数的系统。作为构建模块，MAX14921的性能在很大程度上取决于支撑和包围它的元件。本应用笔记重点介绍推荐的Maxim电池测量解决方案，以实现最佳性能和精确到±650μV （典型值）的可靠系统读数。

介绍

MAX14921为高性能电池测量模拟前端（AFE），用于监测高精度系统中多达16个电池单元电压的电池组电压。MAX14921具有出色的精度和独特的采样保持架构，特别适合监测放电曲线几乎平坦的磷酸锂电池等电池化学成分。

作为构建模块，MAX14921的整体性能受其周围IC网络的影响。本应用笔记重点介绍了Maxim推荐的电池测量系统解决方案的出色性能（误差通常小于650μV）。它为从MAX14921系统获得最佳结果提供了一些指导。

解决方案

系统测量的准确性和可靠性取决于在该系统中协同工作的IC的质量。MAX14921需要功能强大的微控制器、具有相当高分辨率的模数转换器（ADC）以及可靠、精确的电压基准，以实现峰值性能。图1所示为使用MAX14921实现最高性能和高精度测量的Maxim方案。

图1.优化MAX14921 AFE性能的Maxim解决方案框图

从设计角度来看，微控制器应尽可能少地考虑整个系统的误差。虽然许多微控制器具有内部ADC和基准电压源，但它们通常不具备可靠的亚毫伏测量所需的精度或分辨率，因此应避免使用。选择微控制器时的重要考虑因素是SPI接口的时序和分辨率。

外部ADC和基准电压源的质量可以决定系统的精度。MAX14921能够在电池电压的500μV范围内测量精度;台架测量显示，大多数电池电压的平均测量误差远低于300μV，单独使用IC即可（参见MAX14921数据资料中的典型工作特性）。ADC的分辨率和基准精度应足够高，以允许LSB小于100μV。 Maxim推荐使用MAX11163 16位ADC和MAX6126基准，因为它们在整个温度范围内具有高精度和稳定性。

整体电路板设计和良好的布局技术是获得最佳结果的必要条件。然而，这些主题超出了本应用笔记的范围。有关布局和电路板设计的详细信息，请参考MAX14921EVKIT数据资料和应用笔记5495“MAX14921高精度12节/16节电池测量AFE的PCB布局指南”。

那么，它有多好呢？

使用MAX14921、MAX6126和MAX11163的数据资料值进行快速计算，得到完整Maxim方案的最差情况误差约为0.099%。然而，通常情况下，实际测量误差远低于数据手册中显示的保证最大误差。图2所示为MAX14921EVKIT电池在实验室中不同电池电压下随温度变化的实际测量结果。测量显示，在整个温度范围内的最大误差仅为0.009%;最大电池电压测量误差为0.017%。

图2.MAX14921系统在整个温度范围内的测量误差

MAX14921与功能强大的微控制器、具有相当高分辨率的ADC和可靠的基准配合使用时，可提供高精度，以实现峰值性能。Maxim推荐的电池测量系统方案包括MAX14921、MAX11163和MAX6126。该系统在-40°C至+85°C扩展温度范围内具有极低的测量误差和稳定的性能。

审核编辑：郭婷