寶馬助陣，Linear演示電源、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等方案

　　在“2017慕尼黑上海電子展”上，Linear(凌力爾特)祭出強大陣容，有大量生動(dòng)演示。公司應用技術(shù)工程師寧強先生為電子產(chǎn)品世界的編輯進(jìn)行了詳細介紹。

　　寶馬助陣，電動(dòng)車(chē)的無(wú)線(xiàn)BMS最炫

　　Linear的BMS(電池管理系統)演示非常吸引眼球。這是寶馬概念車(chē)，已經(jīng)能夠行駛。

　　當然，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LIONSmart開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)BMS系統。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的電池組監視器芯片LTC6804/LTC6811，這些芯片助力LIONSmart實(shí)現高性能高電壓電池監視器，可以監測電池的各種狀態(tài)，諸如用電狀態(tài)、導線(xiàn)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。

　　本系統中電池監控采用的是多節電池的電池組監視器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命令和可應對更多故障情況以實(shí)現更高的功能安全性等級。如果電池出現了故障，通過(guò)LTC6804/LTC6811監控，可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測及報警。

　　LTC6811能同時(shí)負責12節電池的電壓測量，并可堆疊，因此電動(dòng)汽車(chē)如果有96節電池，那么12x8=96，需要8塊LTC6811就夠了。

　　LTC6804/LTC6811可以與LTC6820配合實(shí)現高性?xún)r(jià)比的可靠數據通信。LTC6820是isoSPI隔離式通信接口，可把差分的isoSPI信號轉成標準的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(xiàn)BMS，關(guān)鍵的還有無(wú)線(xiàn)部分，其無(wú)線(xiàn)傳輸采用了Linear專(zhuān)為BMS優(yōu)化的SmartMesh產(chǎn)品。

　　SmartMesh?IP嵌入式無(wú)線(xiàn)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)現高可靠的傳輸數據，諸如溫度、壓力、濕度、流量、液位等傳感器信息。?特點(diǎn)是適合各種通用應用，可靠性高，功耗低。具體地，在可靠性方面，SmartMesh?IP的各節點(diǎn)與管理器有統一頻率的時(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，跳頻功能及多節點(diǎn)路由的功能也保證了數據的可靠傳輸。為何功耗低?因為管理器的集中管理，使節點(diǎn)在規定的時(shí)間段內工作，分時(shí)傳輸。

　　SmartMesh?IP非常適合惡劣環(huán)境下的信號采集、溫濕度采集等，比如煤礦、工廠(chǎng)等電磁環(huán)境復雜的場(chǎng)合。符合無(wú)線(xiàn)IEEE?802.15.4標準，有經(jīng)過(guò)預驗證的PCB模塊，以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )軟件。

　　該方案已推出四五年了，經(jīng)過(guò)現場(chǎng)驗證，超過(guò)6萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò )部署在120多個(gè)國家。不過(guò)，在我國還是剛剛起步，國外的艾默生等企業(yè)在化工廠(chǎng)和/或污水處理廠(chǎng)有應用。

　　SmartMESH?IP網(wǎng)絡(luò )中的時(shí)間同步

　　SmartMESH?IP的特點(diǎn)除了實(shí)現跳頻/多路路由、低功耗外，且具有時(shí)間同步功能。

　　在數據傳輸過(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SmartMESH?IP本身有時(shí)間戳的功能，可在網(wǎng)絡(luò )的數據包中加有時(shí)間戳。這樣同樣采集濕度、溫度等信號可實(shí)現時(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)先級的設定，優(yōu)先級高，就會(huì )連續分配給它幾塊時(shí)間，使它可以很快地把數據傳輸上來(lái)。

　　堅固的隔離，用于標準接口

　　Linear的μModule隔離器也做了多年，目前系列很全，適合各種嚴苛的信號環(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，可達到7500VRMS的隔離度，ESD防護能力強，有高達25kV的ESD堅固防護接口引腳，可承受大于30kV/μs的高共模瞬變，且有低EMI——低于CISPR?22?Class?B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)，數據經(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LCD顯示?？梢?jiàn)顯示屏依然順利地實(shí)現了操作。這說(shuō)明數據可以在強噪聲環(huán)境里依然可以可靠地傳輸，誤碼率極低，沒(méi)有丟包或誤碼現象。

　　“這類(lèi)產(chǎn)品一般用在對質(zhì)量要求比較高的應用中，尤其是電磁環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現場(chǎng)等場(chǎng)合下?！睂帍娞峒暗?。

　　據悉，μModule最高可實(shí)現7500VRMS的隔離度。那么，哪些場(chǎng)合需要如此高的電壓?例如醫療的某些應用中，可能會(huì )要求高達5000V的信號隔離耐壓，過(guò)去客戶(hù)需要設計復雜的電路，現在用μModule就可搞定。

　　100V多拓撲控制器

　　新推出的LTC3871，是48V/12V升降壓產(chǎn)品。12V/48V升壓的應用場(chǎng)景是什么?相當一部分應用是在弱混動(dòng)汽車(chē)上，當配有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。

　　據悉，很多客戶(hù)對LTC3871感興趣。這里的48V主要不是針對純電動(dòng)汽車(chē)，而是弱混動(dòng)汽車(chē)。應用場(chǎng)景是：對于傳統汽車(chē)，啟停是最容易實(shí)現的，只需一些很小的改動(dòng)，使剎車(chē)后熄火，就可以實(shí)現節油的目的。

　　LTC3871可以堆疊較多，可實(shí)現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80V?VIN和VOUT同步四開(kāi)關(guān)、降壓-升壓型DC/DC控制器)來(lái)實(shí)現功率的雙向流動(dòng)。一邊是輸電設備，12V有電時(shí)會(huì )通過(guò)LT8705給48V電容充電，充滿(mǎn)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。

　　上圖左側的LTC4359是控制單個(gè)MOS管以實(shí)現理想二極管控制，導通時(shí)為毫歐級的電阻。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。如果把競爭對手的輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切換到Linear的產(chǎn)品(“DUT2”)，可見(jiàn)左側示波器上的基準度非常平(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，此處采用的是標準演示板，外圍增設有接線(xiàn)及測量端子。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同步穩壓器Silent?Swicher(安靜開(kāi)關(guān)穩壓器)?，F在Linear又推出了新的LT8640，電流更大。

　　為何Silent?Swicher的底噪很低?原因之一是結構特殊，例如引腳是左右對稱(chēng)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(zhù)對外輻射最小。

　　小結

　　Linear的產(chǎn)品是高可靠。別人做不了的Linear來(lái)做，擅長(cháng)電源、mesh網(wǎng)絡(luò )等。這和一家模擬公司的格調很類(lèi)似?對了，ADI。3月11日，慕展開(kāi)幕的前3天，ADI宣布完成對Linear的收購。這意味著(zhù)不遠的明年，可能看不到Linear公司獨立參展了。

　　Linear，生來(lái)不凡，謝幕一樣令人喝彩!