深度剖析ADBMS1818：18 節(jié)電池監(jiān)測的理想之選

在電池管理系統(tǒng)（BMS）的設(shè)計領(lǐng)域，精準(zhǔn)監(jiān)測和高效管理電池狀態(tài)至關(guān)重要。ADBMS1818作為一款18節(jié)電池監(jiān)測器，憑借其出色的性能和豐富的功能，成為眾多應(yīng)用場景中的理想選擇。今天，我們就來深入剖析這款芯片，探討其特性、工作原理、應(yīng)用要點(diǎn)以及相關(guān)注意事項。

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一、ADBMS1818特性概覽

測量能力

ADBMS1818能夠測量多達(dá)18節(jié)串聯(lián)電池，最大總測量誤差僅為3mV，能滿足大多數(shù)電池化學(xué)體系的監(jiān)測需求，測量范圍介于0V至5V之間。而且，它可以在290μs內(nèi)完成對所有18節(jié)電池的測量。如果您注重高噪聲抑制，也可以選擇較低的數(shù)據(jù)采集速率。

架構(gòu)優(yōu)勢

其堆疊式架構(gòu)適用于高壓系統(tǒng)，支持多個ADBMS1818設(shè)備串聯(lián)連接，實(shí)現(xiàn)對長且高壓的電池組進(jìn)行同步監(jiān)測。內(nèi)置的isoSPI接口，通信速率可達(dá)1Mb，僅需一根雙絞線，傳輸距離最長可達(dá)100米，并且具有低電磁干擾敏感度和低輻射的優(yōu)點(diǎn)，還支持雙向通信以實(shí)現(xiàn)斷線保護(hù)。

其他特性

• 同步測量：可實(shí)現(xiàn)電壓和電流的同步測量，為電池管理提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
• 高分辨率ADC：采用16位Δ - Σ ADC，配備可編程三階噪聲濾波器，進(jìn)一步提高測量精度。
• 電池平衡：具備高達(dá)200mA的被動電池平衡能力，支持可編程脈沖寬度調(diào)制，有效延長電池壽命。
• 多功能輸入：擁有9個通用數(shù)字I/O或模擬輸入端口，可連接溫度傳感器或其他傳感器，并且可配置為(I^{2}C)或SPI主設(shè)備。
• 低功耗：睡眠模式下的電源電流僅為6μA，有助于降低系統(tǒng)整體功耗。

二、ADBMS1818的工作原理

核心狀態(tài)

ADBMS1818的工作狀態(tài)主要分為睡眠、待機(jī)、REFUP和測量四種。

• 睡眠狀態(tài)：參考電壓和ADC斷電，看門狗定時器和放電定時器超時，電源電流降至最低，isoSPI端口處于空閑狀態(tài)。當(dāng)接收到喚醒信號后，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
• 待機(jī)狀態(tài)：參考電壓和ADC關(guān)閉，看門狗定時器和/或放電定時器運(yùn)行。收到有效ADC命令或REFON位設(shè)置為1時，經(jīng)過t (_{REFUP})時間使參考電壓上電，然后進(jìn)入REFUP或測量狀態(tài)；否則，超時后返回睡眠狀態(tài)。
• REFUP狀態(tài)：REFON位設(shè)置為1時進(jìn)入此狀態(tài)，參考電壓上電，ADC關(guān)閉。收到有效ADC命令后，進(jìn)入測量狀態(tài)；REFON位設(shè)置為0時，返回待機(jī)狀態(tài)。
• 測量狀態(tài)：參考電壓和ADC上電，進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后，根據(jù)REFON位的值，過渡到REFUP或待機(jī)狀態(tài)。

isoSPI狀態(tài)

isoSPI端口有空閑、就緒和活動三種狀態(tài)。

• 空閑狀態(tài)：isoSPI端口斷電，接收到喚醒信號后進(jìn)入就緒狀態(tài)。
• 就緒狀態(tài)：isoSPI端口準(zhǔn)備好通信，根據(jù)ISOMD引腳和(R_{BIAS})的值確定電流。若一段時間無活動，返回空閑狀態(tài)；開始傳輸或接收數(shù)據(jù)時，進(jìn)入活動狀態(tài)。
• 活動狀態(tài)：isoSPI端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收，功耗最大，電源電流隨時鐘頻率增加。

三、測量操作模式

ADBMS1818的ADC提供八種操作模式，由配置寄存器組A中的ADCOPT位和轉(zhuǎn)換命令中的模式選擇位MD共同決定。這些模式對應(yīng)不同的過采樣率（OSR），以平衡測量速度和精度。

• 快速模式（27kHz）：具有最大吞吐量，但總測量誤差（TME）有所增加，適用于對速度要求較高的場景。
• 正常模式（7kHz）：分辨率高，TME低，是兼顧速度和精度的常用模式。
• 濾波模式（26Hz）：通過提高OSR降低ADC數(shù)字濾波器的 - 3dB頻率，噪聲低，精度與正常模式相近。

四、應(yīng)用要點(diǎn)

電源供應(yīng)

ADBMS1818通過(V^{+})和(V{REG})兩個引腳供電。(V^{+})輸入電壓需大于等于頂部電池電壓減0.3V，為核心電路的高壓元件供電；(V{REG})輸入需要5V電壓，為其余核心電路和isoSPI電路供電?？梢酝ㄟ^外部晶體管由DRIVE輸出引腳驅(qū)動，也可以使用外部電源供電。

通信接口

ADBMS1818有4線SPI和2線isoSPI兩種串行端口。ISOMD引腳的狀態(tài)決定了引腳53、54、61和62是2線還是4線串行端口。

• 4線SPI：將ISOMD連接到V - 可配置為4線SPI模式，SDO引腳為開漏輸出，需要上拉電阻。
• 2線isoSPI：通過簡單的雙絞線實(shí)現(xiàn)多個ADBMS1818設(shè)備的互連，具有低誤碼率和抗干擾能力。通過外部變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，標(biāo)準(zhǔn)SPI信號被編碼為差分脈沖。

電池平衡

• 內(nèi)部MOSFET平衡：內(nèi)部放電開關(guān)（MOSFET）可提供最大200mA（芯片溫度超過85°C時為80mA）的平衡電流，適用于小電流平衡場景。使用時需注意監(jiān)測芯片溫度，并確保抗混疊濾波器電阻較小，以減少對平衡電流的影響。
• 外部晶體管平衡：對于需要更高平衡電流（超過200mA）或大電池濾波器的應(yīng)用，可使用S輸出控制外部晶體管，如通過驅(qū)動外部MOSFET或PNP晶體管實(shí)現(xiàn)。

診斷與檢測

ADBMS1818提供多種診斷命令，用于驗(yàn)證電路的正常運(yùn)行，如測量內(nèi)部設(shè)備參數(shù)（ADSTAT命令）、檢測開路（ADOW和AXOW命令）、檢查數(shù)字濾波器（自我測試命令）和驗(yàn)證ADC精度（測量獨(dú)立電壓參考）等。

五、注意事項

熱管理

在使用過程中，要關(guān)注芯片的熱性能，特別是在高電流放電或長時間工作時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)纳岽胧苊庑酒蜻^熱觸發(fā)熱關(guān)斷保護(hù)。

通信配置

在設(shè)置isoSPI的(I_{B})電流和接收器比較器閾值電壓時，需根據(jù)應(yīng)用場景合理選擇參數(shù)，以平衡功耗和抗干擾能力。同時，要注意電纜長度對通信時鐘速率的影響，避免出現(xiàn)時序違規(guī)。

測量誤差

在使用較大的RC濾波器時，可能會引入額外的測量誤差。可通過在標(biāo)準(zhǔn)全通道ADCV命令之前執(zhí)行額外的單通道轉(zhuǎn)換，使多路復(fù)用器先完成穩(wěn)定，從而減少誤差。

六、總結(jié)

ADBMS1818以其高精度的測量能力、靈活的架構(gòu)和豐富的功能，為電池監(jiān)測和管理提供了全面的解決方案。在應(yīng)用過程中，電子工程師需要深入理解其工作原理和特性，合理配置參數(shù)，注意熱管理和通信設(shè)置等方面的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確測量。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地運(yùn)用ADBMS1818，設(shè)計出更優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)。

那么，在你的項目中，ADBMS1818是否能滿足你的需求呢？你在使用它的過程中又遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。