電池管理應用中精確測量和溫度穩定的重要性
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
如上所述，在小電流的情況下，造成電流測量誤差的最大原因是電流測量ADC中的偏移量，而目前已經(jīng)有好幾種技術(shù)可減小這種偏移量。其中，最常用的技術(shù)是在受控環(huán)境中對偏移量進(jìn)行測量，然后在每一次的測量值中都減去該偏移量。但這種方法有一個(gè)弱點(diǎn)，就是沒(méi)有考慮到偏移量的漂移。圖1顯示了把該技術(shù)用于一定數量的部件之后的殘余偏移量。愛(ài)特梅爾的電池管理單元采用的是一種更好的方法，而ATmega16HVA所 通過(guò)周期性改變電流測量的極性來(lái)抵償偏移量就是一例。雖然利用這方法仍會(huì )殘余極小但恒定的偏移量，不過(guò)，這個(gè)很小的殘余偏移量只需在保護FET開(kāi)路之前進(jìn)行測量，并通過(guò)電池組提供一個(gè)已知電流，就可以除去。如圖2所示，利用這種方法可以顯著(zhù)減小偏移量，而愛(ài)特梅爾BMU中偏移量漂移引起的殘余誤差更低于量子化級。消除偏移量的好處在于能夠精確測量很小的電流，而對于偏移量大的器件，就得在某一點(diǎn)上停止電流測量，轉而開(kāi)始預測電流。有些BMU采用5mΩ的感測電阻，提供高達100mA的鎖定零區或死區。以筆記本電腦為例，這可是很可觀(guān)的電流量，足以保持某個(gè)工作模式非常長(cháng)的時(shí)間了。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/181105.htm
圖2 使用愛(ài)特梅爾的偏移消除技術(shù)之后的殘余偏移量
精確測量小電流
對于給定大小的感測電阻，電流測量ADC的偏移誤差每每限制了其能夠測量的最小電流級，致使在低感測電阻值和所需死區(這里因為電流級太低，無(wú)法集聚電荷流)之間必須進(jìn)行大幅折中。最近，大多數設備制造商都在尋找降低耗電量，并盡可能保持低功耗模式的方法，使確保小電流獲得精確測量的技術(shù)變得愈發(fā)重要。
電流測量的度偏移
要精確測量μV數量級電壓本身就頗具挑戰性，而在芯片經(jīng)受溫度變化時(shí)實(shí)現精確測量更是困難，因為即使是一部主要在室內工作的筆記本電腦，還是會(huì )經(jīng)歷溫度變化。例如，在電池均衡管理期間，BMU內部的一個(gè)FET以最大功率消耗電池的能量，致使芯片溫度大幅上升。與偏移有關(guān)的許多參數都有較大的溫度偏移，如果不消除這些效應，將影響到測量精度。愛(ài)特梅爾的偏移校準方法已獲證明在考慮到溫度效應時(shí)也非常有效。如圖2所示，溫度效應被完全消除，從而確保偏移不再對測量精度造成影響。
帶隙基準電壓的特性及其對電壓測量的影響
帶隙基準電壓是獲得高精度結果的關(guān)鍵因素。來(lái)自固件預期值的實(shí)際基準電壓值偏差會(huì )轉化為測量結果的增益誤差，而在大多數情況下，這是電池電壓測量和大電流測量中最主要的誤差源。
標準帶隙基準電壓是由一個(gè)與絕對溫度成正比(PTAT)的電流和一個(gè)與絕對溫度成互補關(guān)系(CTAT)的電流兩部分相加組成，可提供不受溫度變化影響而且相對穩定的電流。這個(gè)電流流經(jīng)電阻，形成不受溫度變化影響而且相對恒定的電壓。不過(guò)，由于CTAT的形狀是曲線(xiàn)，而PTAT是線(xiàn)性的，所以得到的電壓-溫度關(guān)系圖形也是曲線(xiàn)。
圖3 無(wú)曲率補償的帶隙結果
帶隙基準源中的電流級存在一定的生產(chǎn)差異(production variation)，使得25℃時(shí)的基準額定值、曲率形狀和曲線(xiàn)最平坦部分的位置都會(huì )發(fā)生各種變化，因此需要進(jìn)行工廠(chǎng)校準，以盡量減小這種變化的影響，圖3所示為一個(gè)未校準基準源帶來(lái)的變化實(shí)例。在-20～+85℃的溫度范圍內，最高差異為-0.9～0.20%。而圖3則顯示有兩個(gè)離群點(diǎn)的曲線(xiàn)跟大多數其他器件的曲線(xiàn)有相當大的差異。
圖4 帶曲率補償的帶隙
BM器件中常用的標準帶隙基準源針對額定變化被校準，在25℃時(shí)的精度極高。然而，曲率形狀和位置變化的補償也相當常見(jiàn)，這就產(chǎn)生與溫度變化有關(guān)的大幅變化，使得在高和低溫時(shí)電池電壓測量不夠精確。此外，也不可能檢測和顯示出曲線(xiàn)形狀顯著(zhù)不同的離群點(diǎn)。
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