看 Linear 怎樣解決汽車電池監(jiān)視難題！

21ic訊 近兩年，純電動汽車和混合動力汽車發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，混合動力和純電動汽車的激增對創(chuàng)新性模擬產(chǎn)品的需求越來越高，隨著將電池作為電源這種做法日益普及，相應(yīng)地也需要最大限度延長電池的使用壽命，而準(zhǔn)確完整地測量電池組情況則是重要前提，凌力爾特在致力于解決棘手模擬電子問題方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，而在汽車電子領(lǐng)域也不例外，凌力爾特最近推出的 LTC6811 在電池監(jiān)視方面表現(xiàn)不凡，近日 21ic 記者關(guān)于 LTC6811 以及汽車電子市場問題采訪了凌力爾特高級產(chǎn)品市場工程師 Greg Zimmer，以下是采訪內(nèi)容。

與 LTC6804 相比，LTC6811 的主要改進(jìn)是什么?

較低的成本，用于內(nèi)部 ΔΣ ADC 的額外濾波器截止頻率，增添了被動和主動電池平衡控制功能，新的 ADC 命令和可應(yīng)對更多故障情況以實(shí)現(xiàn)功能的安全性。

該器件如何能具有更高性能而價格則可降低 25%?

相比于 LTC6804，LTC6811 的成本降低了 25%，并提供了更高的性能。LTC6811 可減低成本的一個原因是其芯片較小，這是通過改變半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)的。另外，LTC6811 可降低本還得益于穩(wěn)定的設(shè)計(jì)改進(jìn)、測試和制造改善。

LTC6811 將取代 LTC6804 嗎? 抑或它們面向不同的終端市場?

作為 LTC6804 的引腳兼容型替代產(chǎn)品，LTC6811 專為在相同的應(yīng)用中運(yùn)作而設(shè)計(jì)。這兩款器件的目標(biāo)市場是一樣的。

凌力爾特的電池監(jiān)視器產(chǎn)品系列之優(yōu)勢是什么?

在電池測量方面擁有出眾的測量準(zhǔn)確度、卓越的抗噪聲性能，具有把該 IC 連接至主處理器的串行接口 (即：isoSPI)，以及高可靠性。

LTC6804 是否也面向工業(yè)市場呢?

是的。LTC6804 和 LTC6811 是專為那些系統(tǒng)要求對電池組中每節(jié)電池進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)察和測量的高電壓電池組而設(shè)計(jì)的。有許多此類工業(yè)系統(tǒng)，例如后備電源系統(tǒng)。

對于在汽車應(yīng)用中使用的電池監(jiān)視器有什么獨(dú)特的要求?

當(dāng)今的汽車半導(dǎo)體器件必須專為滿足非常困難的環(huán)境、可靠性和安全性標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)。這包括在制造之后、-40°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)、以及長達(dá) 15 年的使用期限中確保一致的性能?，F(xiàn)場故障率必須保持在一個絕對最小值，因而需要持續(xù)不斷地改善設(shè)計(jì)、質(zhì)量和制造。

此外，即將作為汽車安全性系統(tǒng)的一部分而實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件還必須針對 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。這使得必需采取一種專門的半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用方法。像在凌力爾特的 LTC6804 和 LTC6811 場合中，設(shè)計(jì)了一整套內(nèi)置的自測試功能以確保不會發(fā)生延遲故障情況。為做到這一點(diǎn)，LTC6804 和 LTC6811 包括了一個冗余電壓基準(zhǔn)、廣泛的邏輯測試電路、導(dǎo)線開路檢測能力、一個看門狗定時器和串行接口上的數(shù)據(jù)包錯誤校驗(yàn)功能。

就混合動力 / 電動汽車的功率鏈路而言，今年您發(fā)現(xiàn)了什么市場趨勢呢?

正如我們隨著 LTC6804 的推出已做出的預(yù)想那樣，電池系統(tǒng)逐步進(jìn)入了模塊化設(shè)計(jì)階段。典型的 EV 和 HEV 應(yīng)用需要 100 多個個別的電池，而且這些電池的外形對電池組設(shè)計(jì)具有重大的影響。采納大規(guī)格電池意味著設(shè)計(jì)必須應(yīng)對那些顯著的尺寸和重量限制。不僅如此，這些電池還可能分布在車內(nèi)的一個大的區(qū)域中，以實(shí)現(xiàn)有效的空間利用。把一個多節(jié)電池的電池組分成模塊使得能夠更容易地處理這些物理約束，并為電池組設(shè)計(jì)提供一種模塊化的可擴(kuò)展方法。這允許在多款電池組設(shè)計(jì)中使用同一個模塊。模塊化設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)是：當(dāng)?shù)仉娢恢械牟町惪梢猿^幾百種電壓時，如何建立模塊至主 BMS 控制單元之間的可靠數(shù)據(jù)連接。下一代的電池管理產(chǎn)品正通過融入用于實(shí)現(xiàn)高的抗 RF 噪聲能力、高速和長距離的通信能力以應(yīng)對這些模塊化電池設(shè)計(jì)。

對于大多數(shù)汽車客戶而言，測量準(zhǔn)確度仍然是一項(xiàng)關(guān)鍵性的要求。來自汽車電池系統(tǒng)的頭號要求是充分利用系統(tǒng)中每節(jié)電池的容量。為此，必須以高于目前可行的準(zhǔn)確度來測量和控制每節(jié)電池的電荷狀態(tài)。電池監(jiān)視電子產(chǎn)品必須提供極高的電池電壓測量精度。這將要求在電池監(jiān)視數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中取得重大的創(chuàng)新以改善準(zhǔn)確度，同時消除汽車環(huán)境中常見的大量電氣噪聲的不良影響。

設(shè)計(jì)師正日益關(guān)注功能安全性，這里“功能安全性”涉及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，旨在使由于某種故障造成的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)盡量降低至可接受的水平。汽車安全完整性等級 (ASIL) 是一種評級體系，其對實(shí)現(xiàn)功能安全性所需付出的努力予以了量化。

凌力爾特在混合動力 / 電動汽車應(yīng)用中擁有什么優(yōu)勢?

凌力爾特在致力于解決棘手模擬電子問題方面有著悠久的歷史，而汽車 (混合動力 / 電動) 電子產(chǎn)品也不例外。為了在汽車市場上贏得成功，凌力爾特已經(jīng)專注于高性能、可靠性、穩(wěn)定性和功能安全性。所有這些都要在有可能多年運(yùn)作于高電壓、極端溫度、熱插拔和電氣噪聲的環(huán)境時實(shí)現(xiàn)。

凌力爾特的電池組監(jiān)視產(chǎn)品有著屢獲成功的記錄，這開始于 2008 年發(fā)布 LTC6802 之時。憑借每一代新產(chǎn)品，該系列取得了穩(wěn)定的改善和創(chuàng)新。例如：LTC6802 采用了一個運(yùn)作于 1ksps 固定采樣速率的二階 ΔΣ ADC。此架構(gòu)針對 10kHz 開關(guān)噪聲提供了 36dB 的驕人抑制能力。對于濾除那些會損壞電池測量的系統(tǒng)噪聲來說，這是一種非常實(shí)用的方法?，F(xiàn)在，LTC6811 采用了一個速度快得多的三階ΔΣ ADC，提供可編程采樣速率和 8 個可選截止頻率。結(jié)果是提供了出眾的噪聲降幅和 8 種可編程測量速率，可在 290μs 時間內(nèi)完成所有 12 節(jié)電池的測量。

凌力爾特運(yùn)用了嚴(yán)格的過程控制和篩選以確保嚴(yán)緊的質(zhì)量和可靠性要求。此外，LTC6804 和 LTC6811 還是專為支持 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的。LTC6811 基于 LTC6804 應(yīng)對故障情況的能力，具有額外的冗余測量通路，改善了輸入信號之間同步，并提高了自測試準(zhǔn)確度。結(jié)果是更快、更簡便和更高效的自測試，可幫助工程師實(shí)現(xiàn)其 ISO 26262 目標(biāo)。甚至對于非汽車應(yīng)用，這些功能和特色也使設(shè)計(jì)師充滿信心，使他們無論面對什么樣的高可靠性應(yīng)用，都能自信地應(yīng)對。

對于 2016 年的中國汽車市場，凌力爾特將采取什么策略?

中國的汽車市場與世界其余地區(qū)的汽車市場是十分相似的。鋰電池在中國的使用非常普及，而且它們往往具有非常平坦的放電曲線。為此，每節(jié)電池電壓的測量準(zhǔn)確度是至關(guān)緊要的。凌力爾特決心實(shí)現(xiàn)非常高的測量準(zhǔn)確度;由于測量準(zhǔn)確度主要是由內(nèi)置電壓基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度決定的，因此 LTC6804 和 LTC6811 整合了一個專用的亞表面齊納電壓基準(zhǔn)。此類基準(zhǔn)可隨著時間的推移和工作條件的變化提供出眾的長期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。結(jié)果是能夠以好于 1.2mV 的最差準(zhǔn)確度測量每一節(jié)電池，今天的 LTC6811 即可如此。