电路之全隔离式锂离子电池监控和保护系统

　　锂离子（Li-Ion）电池组包含大量的电池单元，必须正确监控才能提高电池效率，延长电池寿命并确保安全性。图1所示电路中的6通道AD7280A器件充当主监控器，向系统演示平台（SDP-B）评估板提供精确的电压测量数据，而6通道AD8280器件充当副监控器和保护系统。两个器件均采用8 V至30 V的单电源宽工作电压范围，工作温度范围为-40℃至+105℃工业温度范围。

　　图1. 锂离子电池监控和保护系统原理示意图

　　AD7280A内置一个±3 ppm基准电压源，提供±1.6 mV的电池电压测量精度。ADC分辨率为12位，转换48个单元只需7 μs时间。

　　AD7280A具有电池平衡接口输出，用来控制外部FET晶体管，允许各电池放电，并强行使堆叠中的所有电池单元具有相同电压。

　　AD8280独立于主监控器工作，并提供报警功能，可指示超容差条件。该器件内置自用基准电压源和LDO,二者均完全采用电池组供电。基准电压源与外部电阻分压器一起，用来设置过压/欠压的跳变点。每个电池通道都含有可编程去毛刺（D/G）电路，以免瞬时输入电平引发报警。

　　AD7280A和AD8280位于电池管理系统（BMS）的高压端，具有一个菊花链接口，最多能将8个AD7280A和8个AD8280堆叠在一起，以监控48个锂离子电池单元的电压。堆叠中的相邻AD7280A和AD8280可以直接通信，向上向下传递数据，而无需隔离。

　　堆叠底部的主器件使用SPI接口和GPIO与SDP-B评估板通信，只有在这个地方才需要高压电流隔离，以便保护SDP-B板的低压端。数字隔离器ADuM1400、ADuM1401和集成DC-DC转换器的隔离器ADuM5404共同提供所需的11通道隔离，构成一种紧凑、高性价比的解决方案。ADuM5404还可为较低AD7280A的VDRIVE输入提供5 V隔离输出，并为ADuM1400和ADuM1401隔离器提供VDD2电源电压。

　　电路描述

　　AD7280A是一款完整的数据采集系统，内置一个高压输入多路复用器、一个低压输入多路复用器、一个12位、1 μs SAR ADC和用于通道时序控制的片内寄存器。HV MUX用于测量串联锂离子电池单元，如图1所示。LV MUX提供单端ADC输入，可结合外部热敏电阻测量个别电池单元的温度；如果不需要温度测量，则可利用辅助ADC输入转换任何其它0 V至5 V输入信号。另外还提供2.5 V精密基准电压源和片内电压调节器。

　　AD8280是一款用于锂离子电池组的纯硬连线安全监控器，配合AD7280A使用时，可提供具有可调阈值检测和共用或单独报警输出的低成本、冗余、备用电池监控器。它具有自测功能，因此适合混合动力电动汽车等高可靠性应用或者不间断电源等高压工业应用。AD7280A和AD8280均从监控的电池单元获得电源。

　　ADuM5404集成一个DC-DC转换器，用于向ADuM1400和ADuM1401隔离器的高压端供电，以及向AD7280A SPI接口提供VDRIVE电源。这些4通道、磁性隔离电路是安全、可靠、易用的光耦合器替代解决方案。