做研發真的是有幹不完的活,尤其是做硬體的小夥伴,作為單板的owner,要與其他各個領域打交道,開不完的會,扯不完的皮,甩不完的鍋,解決不完的問題,抱怨出來又顯得矯情,最終大多數只有硬抗著。
今天的吐槽結束,這次就講一個測試中的案例吧。之前有篇文章介紹過電池模擬器,因為其輸出電壓、輸出電流可以靈活配置,而且精度很高,所以是我們在調試採樣板中不可缺少的設備。
但是,電池模擬器的價格不菲,國外的產品很貴,單通道大概1W左右;目前國內的廠家做得也不錯,而且價格相對低一些,但總體來講,電池模擬器還是相對較貴的。所以,在不要求高精度測試的場合下,大家可能會使用簡單的電阻分壓來做AFE的供電與採樣輸入,具體如下圖:R1、R2、R3為分壓電阻,一般阻值相等,這樣每個電阻的分壓也相同;電阻分壓後輸入到AFE的各個電壓採樣通道。
採用上面這種電阻分壓的方式,乍一看是沒有問題的,但是其實裡面是有事情的,下面就詳細討論下。各家的AFE採樣電路大同小異,主要是下面的這兩種形式:對於形式一,在採樣埠處放置了對地的共模電容C;對於形式二,採樣埠在經過一個電阻Rc(幾百Ω～幾千Ω)後,放置一個對地的共模電容C。
對於上面這兩個形式,存在這樣一種場景:先把分壓電阻與採樣板連接好,然後直流電源再輸出電壓,拿形式一的電路舉例:如下圖,當開關閉合後,直流電源給C1、C2、C3、C4四個電容進行充電。
但是這四個電容的充電電阻是不一樣大的,C1是電源直接充電,而C2是由電阻R1進行充電,C3是由電阻R1+R2進行充電,C4是由R1+R2+R3進行充電;這樣的話,由於每個電容的充電速度不一致,導致電壓採樣通道在電容充電過程中,可能會出現過壓的現象,進而損壞AFE。我們簡單仿真一下,如下圖:假如分壓電阻選擇100Ω,電容選擇100nF,直流電源為12V,在分壓電阻與採樣板連接穩定後,每個通道分得的電壓均為4V,這個沒啥疑義。
我們關注的是在開關S1閉合後、電壓達到穩定前時各個通道可能出現的電壓值,那麼就再仿真一下;下圖就是S1閉合瞬間手動截取到的電壓值,實際第一個通道的電壓瞬時值達到了10．2V,那麼是有可能超過採樣通道的最大過壓值的,進而造成AFE損壞。
同樣地,針對形式二的電路,同樣也會存在這樣一個瞬間的過壓現象,假設通道上面的串聯電阻取值100Ω來進行仿真;我發現第一個通道的電壓最大出現在5V左右,也會超出穩態下的4V,但是比前面的電壓要小得多,而且每個通道上面的電壓差距縮小很多。
繼續增大這個串聯電阻到1KΩ,如下圖,仿真發現此時三個通道的電壓幾乎同步增加,相差不大。
其實上面幾個不同現象的解釋很簡單:就是因為每個電容上的串聯充電電阻越來越接近,導致每個電容的充電速度相差不大,也就是電容上面的電壓接近同步增長。所以,如果使用電阻分壓的方式來模擬電芯電壓,為了避免出現過壓導致AFE損壞,我們需要儘量讓每一個電容的充電速度一致;如果是形式二的電路,我們通過調整分壓電阻值即可;但如果是形式一的電路,可能需要多加一個限流電阻,類似下圖的R4,阻值需要進一步計算。
總結:節前事情特別多,估計放假了也不會消停,無論如何,能回家就好;以上所有,僅供參考。