ADBMS2950高压电池组监控器简介

描述

ADBMS2950 简介

ADBMS2950 是一款适用于电动车辆、混合动力车辆以及其他电流或电压检测应用的高压电池组监控器,它通过使用极低的偏移检测分流电阻器的电压降,从而测量电池组的电流,还可利用具有数字阈值比较器的快速过流 ADC 检测过流条件,并通过具有最低延迟的专用过流警报线对结果进行通信。

它共采用 12 个内部缓冲高阻抗输入,从而支持从外部传感器或电阻分压器测量电池组电压、温度、HV-Link 电压、机箱隔离并监控接触器和保险丝的状态。同时提供 10 个通用 IO 引脚,其中 6 个数字输出 (GPO) 支持开漏和推挽输出,可用于控制高压晶体管,从而断开外部电阻分压器的连接。4 个数字通用输入/输出 (GPIO) 还支持作为 I2C 或 SPI 控制器接口运行,从而对外部 EEPROM 或其他串行外设寻址。 

ADBMS2950 可应用于电动车辆和混合动力车辆,备用电池系统,电网储能等,如下图 (图1) 所示为其典型应用。对于 SPI 或隔离式 isoSPI 与主机的通信,可以配置 ADBMS2950 的内置串行接口,其他 isoSPI 端口支持连接 ADBMS2950 器件的菊花链,也可使用 ADBMS6830 或 ADBMS6832 (ADBMS683x) 电池监控器进行扩展 (可选) 。

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图1 ADBMS2950 典型应用

ADBMS2950 优势和特征

符合 AEC-Q100 标准,采用 48 引脚侧可焊接 QFN 封装,并且专门为在 ISO 26262 应用中使用以获得汽车安全完整性等级能力 D(ASIL D) 开发了 ADBMS295xWFS。除此以外还具有以下几种功能,如下表 (表1) 所示:

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表1 ADBMS2950 功能特征

ADBMS2950 启动流程

如下图 (图2)、(图3) 所示分别为 ADBMS2950 的时序规格和启动流程图,接下来将对各流程状态进行说明:

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图2 ADBMS2950 时序规格

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图3 ADBMS2950 启动流程图

STANDBY 状态

ADBMS2950 上电或软复位后等待 200~500us 即可进入 STANDBY 状态,该状态下主机可以与 ADBMS2950 通信,读写寄存器。如果 STANDBY 状态下 ADC 还没准备好,可以通过读取 CFGA 寄存器、检查 REFUP 标志位来区分 STANDBY 状态和 REFUP 状态。

REFUP 状态

STANDBY 状态下等待 3.5~4.5ms 后进入 REFUP 状态,该状态下主机可以与 ADBMS2950 通信,在成功接收 ADC 命令 (ADI1,ADI2,ADV,ADX) 后,IC 将进入 MEASURE 状态并启动 IxADC 校准过程。

MEASURE 状态

只要 ADBMS2950 从 REFUP 状态中接收到一条 ADC 命令 (ADI1,ADI2,ADV,ADX) 后就会进入 MEASURE 状态,并一直保持到下电或发送 SRST 命令。在 MEASURE 状态下,主机可以与 IC 通信,振荡器、基准和 UV/OV 电源监视器在其指定范围内工作,此时的几个 ADC 不仅可以并行激活,还可以重复触发或连续操作。

Calibration 周期

ADBMS2950 的 18 位 IxADC 执行误差校准可以满足其指定的性能,在 REFUP 状态下接收到第一个 ADI1、ADI2、ADV 或 ADX 命令时,IC 进入 MEASURE 状态,并开始两阶段的自校准过程,但过程中 ADI1 或 ADI2 命令必须与 OPT=0b0000 一起发送。

第一阶段自校准

在第一阶段,IxADC 启动并执行一个操作初始偏移校准超过八个转换 (tIxADC_STARTUP),在此期间,IxADC 结果不可用,并且不发出任何额外的 ADI1 或 ADI2 命令。如果需要,ADI1 或 ADI2 命令必须与 OPT = 0b0000一起发送,因此不建议在第一阶段对 IxADC 或 VBxADC 进行任何诊断测量。

第二阶段自校准

第二阶段在第一阶段之后立即自动开始,此时将在 128 次转换中执行更精确的偏移校准。在此阶段,每个 IxADC 都可以正常操作,也可以在其中一种诊断模式下操作。然而 IxADC 可能有无法达到其指定的失调电压性能的情况,并且 IxADC 结果中可能会出现小于 ±6 lbs 的恒定剩余失调误差,但=其他 IxADC 规范并不受影响。在第二阶段结束后,两个 IxADC 恢复正常运行。

在完成 136 (8+128) 次转换后,可以发现 STAT 寄存器 IxCAL 标志位在两阶段校准完成之前一直处于低位,校准所需的总时间 = tIxADC_STARTUP + tIxADC_CALIBRATION。IxCNT 寄存器在第一阶段为零,在第二阶段正常运行。

当通过 ADV 或 ADX 命令启动校准时,没有 IxADC 结果可用,并且 IxCNT 保持为零。当通过单次 ADIx 命令开始校准时,IxADC 结果在 tixADC_STARTUP 之后可用,这是完成 9(8+1) 次转换所需的时间。在此之后将 IxCNT 设置为 1,随后的单次转换即可在常规 IxADC 转换时间内完成。当通过连续的 ADIx 命令开始校准时,IxCNT 在 9(8+1) 次转换后开始递增,并且 IxADC 结果寄存器不断更新。

ADBMS2950 通信方式

ADBMS2950 支持 4 线 SPI 和 isoSPI 两种通信方式,如下图 (图4) 所示:

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图4 ADBMS2950 通信方式

ADC 简介

前文介绍了 ADBMS2950 的基本功能、特征、启动流程和通信方式,接下来为大家介绍几种 ADC 和检测过流机制。 

两路 16-BIT 电压测量 ADC (V1ADC,V2ADC) 用来测量 V1~V10,VREF2 引脚电压,更新率 0.26ms,没有连续测量功能。

一路 16-BIT AUXADC 用来测量 (VDIV,EPAD,VREF1P25,VDIG,VDD,TMP1,VREG,TMP2),8 通道转换完成时间 2.12ms,没有连续测量功能。

两路 18-BIT 电池组电流测量 ADC (I1ADC,I2ADC),更新率 1ms,可以连续测量累加 ADC 值,通过配置 ACCN 改变累加次数,并将累加值存到寄存器 IxACC。

两路 16-BIT 电池组电压测量 ADC (VB1ADC,VB2ADC),更新率 1ms,可以连续测量累加 ADC 值,通过配置 ACCN 改变累加次数,并将累加值存到寄存器 VBxACC。

ADC 过流机制

ADC 过流机制框图如下图 (图5) 所示,用三路 7-BIT 过流 ADC (OC1ADC, OC2ADC, OC3ADC) 测量电流值时,将电流值与 OCx 阈值比较,输出结果到多数表决器,若超过两路电流 (包含两路) 过流,OCA/OCB 引脚输出过流告警。

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图5 ADC 过流机制框图

如果将 OC 阈值在 CFGB.OCxTH 寄存器配置,配置完过流阈值需要设置 CFGA.OCEN=0 再 CFGA.OCEN=1 阈值才能生效。通过 CFGB.OCMODE,OCA 和 OCB 引脚可以配置成不同输出模式,详细描述如下表 (表2) 所示:

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表2 OCA 和 OCB 输出模式配置

总结

本文为大家介绍了 ADBMS2950 的基本功能特性、启动后各流程状态特征和其通信方式,以及 ADC 和过流检测机制。

  审核编辑:汤梓红

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