實(shí)例分享！BMS采樣板針對低頻磁場(chǎng)抗擾測試解決方案

通常汽車(chē)零部件受到的磁場(chǎng)干擾可以分為內部或外部干擾源干擾，其中內部干擾源包括汽車(chē)的電動(dòng)馬達、制動(dòng)器等；而外部干擾源包括功率傳輸線(xiàn)、充電站等。低頻磁場(chǎng)抗擾測試 MFI 的方法是將 DUT 暴露在干擾磁場(chǎng)中進(jìn)行測試。輻射環(huán)可以產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)，還可以用于小型 DUT 測試，或者采用多點(diǎn)放置的方法來(lái)測試大型 DUT。本文由ADI代理商駿龍科技工程師Ai Wei為大家介紹一種 BMS 采樣板針對低頻磁場(chǎng)抗擾測試的解決方案。

MFI 測試設置

低頻磁場(chǎng)抗擾 MFI 測試布置如下圖 (圖1) 所示，DUT 的每個(gè)面都要劃分成 100mm*100mm 的均勻方格區域，輻射環(huán)則平行放置于距離這些小方格中心 50mm 的位置進(jìn)行測試。線(xiàn)束中的所有導線(xiàn)需按照實(shí)際的車(chē)載應用進(jìn)行端接或空載，如可能，還要安裝實(shí)際的負載或制動(dòng)器。

圖1 輻射環(huán)測試布置

本文應用的測試頻段為15Hz~150KHz，推薦的測試嚴酷定級劃分如下表 (表1) 所示：

表1 磁場(chǎng)抗擾測試推薦測試嚴酷等級 (內部場(chǎng)模擬)

LTC6813 BMS MFI 測試

DUT 測試環(huán)境連接設置如上圖 (圖1) 所示，輻射環(huán)對準覆蓋 LTC6813 BMS 板上的 AFE 即 LTC6813，每個(gè) AFE 都要測試一次，連接器和 FPC 在覆蓋面積內。結果顯示 BMS MFI 測試失敗。LTC6813 所有通道的電壓從 200Hz 到 2kHz 呈現 10mV 以上跳動(dòng)，其他頻段則表現良好，而測試標準應為采樣電壓跳動(dòng)需小于 10mV。

Debug 分析

在 LTC6813 菊花鏈 demo 評估板上實(shí)測 MFI 并無(wú)發(fā)現問(wèn)題。比較 demo 評估板和 LTC6813 BMS 板的硬件設置，可以看到 demo 只有 3 個(gè) AFE 和 3 個(gè)連接器；而 LTC6813 菊花鏈 BMS 板為 5 個(gè) AFE 以及 3 個(gè)連接器，采樣板連接端口有一塊 FPC 軟板連接采樣線(xiàn)束和 CSC 板。這是實(shí)際應用工況無(wú)法避免的情況。

圖2 LTC6813 菊花鏈 BMS 板

該 FPC 軟板走線(xiàn) layout 為環(huán)形，不是像線(xiàn)束一樣并行走向，而且同一 cell 的 2 根采樣線(xiàn)束有出現跨接 2 個(gè)連接器的情況，這與測試標準的線(xiàn)束要求不一致。線(xiàn)束應盡量減小線(xiàn)束內部的差分耦合效應，同時(shí)減少對負載及電源的干擾。線(xiàn)束及 DUT 要放置在一個(gè)絕緣、非鐵磁性、低滲透性材質(zhì) (如木桌)。

猜測輻射環(huán)測試時(shí)會(huì )同時(shí)覆蓋住 AFE、連接器和 FPC，該 FPC 走線(xiàn)呈現線(xiàn)圈狀和少數 cell 在連接器處的分開(kāi)走線(xiàn)會(huì )導致電磁效應，這可能會(huì )干擾采樣。同時(shí) 200Hz 到 2kHz 的噪聲，ADC 7KHz 模式可能無(wú)法濾除，IC 內部的 ADC 有可選的濾波模式，同步嘗試更改 ADC 1KHz 模式，觀(guān)察是否會(huì )改善測試結果。

MFI 測試結果分析

FPC 軟板走線(xiàn)呈現線(xiàn)圈狀繞法。帶 FPC 測試時(shí)，幾乎所有的 cell 測量電壓都跳動(dòng)超過(guò) 10mV；而去掉 FPC 軟板，直接連接線(xiàn)束，絕大多數通道測量誤差能在 ±3mV 以?xún)取?/p>

分析查看異常的幾個(gè)采用通道。如下圖 (圖3) LTC6813 參考電路圖所示，以其中的一個(gè)通道 9 電壓為例子，采樣通道 9 電壓需要 C9 和 C8 兩根線(xiàn)，而這兩根線(xiàn)被分配在不同的連接器上，即這兩根線(xiàn)之間包含的面積較大。PCB 走線(xiàn)上由于要分開(kāi)走線(xiàn)，也包圍了一定的面積。

圖3 LTC6813 參考電路

根據電磁感應定律，此時(shí)面積越大，耦合磁場(chǎng)的能量越大。將 C8 和 C9 這兩根分布在不同連接器上的走線(xiàn)并接在一起，以減小線(xiàn)束之間包含的面積。進(jìn)行 MFI 測試時(shí)，測量誤差從 20mV 縮小到了 9mV，磁線(xiàn)圈只蓋住一個(gè)連接器，則電壓跳動(dòng)在 5mV 左右。

最壞的情況是把線(xiàn)圈蓋住兩個(gè)連接器，這兩個(gè)連接器剛好包含了一個(gè)電芯的兩根走線(xiàn)，比如 C8/C9。將不同連接器的所有線(xiàn)束綁在一起以減小面積，此時(shí) MFI 的測試結果顯示，最大誤差在 10mV。綜上，FPC 軟板的環(huán)形走線(xiàn)和電芯采樣線(xiàn)束的跨接連接器會(huì )導致 MFI 測試時(shí)的耦合效應，從而影響采樣電壓，建議減小感應面積。

解決方案

在電路設計方面，ADI LTC6813 內部有多種濾波模式，功能強大，能夠靈活更改 ADC 模式，從 7KHz 改為 1KHz。高精度的電壓采樣場(chǎng)合建議使用 1KHz 模式，在一些診斷的應用，可以使用 7KHz 及以上模式。在連接線(xiàn)束方面，可以?xún)?yōu)化結構去掉 FPC，或者一個(gè)連接器對應一個(gè) AFE，避免同一個(gè) AFE 的采樣線(xiàn)有跨接 2 個(gè)連接器，從而導致耦合面積增大的情況。

總結

BMS 評估板在做低頻磁場(chǎng)抗擾測試時(shí)，硬件部分的連接器結構需要一個(gè)連接器對應一個(gè) AFE，避免同一個(gè) AFE 的采樣線(xiàn)出現跨接情況。這樣同一個(gè)電芯的采樣線(xiàn)走線(xiàn)的環(huán)路最小，MFI 測試就不會(huì )出現采樣精度問(wèn)題。軟件部分則可以選擇不同 ADC 模式以適應更好的應用場(chǎng)景。