原创 动力锂电池管理系统隔离方案

动力锂电池管理系统隔离方案

北京晶圆智通科技有限公司

技术支持 陈璨

混合动力汽车、电动汽车及电动自行车等以动力锂电池作为主要动力的交通工具，因其绿色环保等优势而越来越受到人们的重视。其整车性能在很大程度上依靠自身的动力锂电池，而动力锂电池管理系统则对锂电池的安全性，以及和整车系统的通信方面起着关键的桥梁作用。本文简单介绍一下ADuM1250双向磁隔离器在动力锂电池管理系统中的应用。

电池监控系统通过采集各个动力电池信息，由各动力锂电池组控制芯片处理后传送给车载系统总处理单元。在这一过程中，为了确保控制芯片不被采集的信号干扰，以及防止动力锂电池组产生的过压过流等对控制芯片的破坏，因此，需要使两部分电路在电气上保持隔离，这就需要使用隔离器来连接两侧浮动的电源和地。在绝大多数动力锂电池组监控模块中，模块控制芯片与动力锂电池的电池监控芯片采用双向通信总线连接，以减少线路连接，使系统更简洁。其系统连接如下图所示：

图1，动力锂电池保护监测电路

电池监控部分检测动力电池组电压、电流及温度等信息，通过双向通信总线与动力电池组模块控制芯片通信。由于锂电池在过热、过充/过放电流、振动、挤压等条件下可能导致电池寿命缩短以致损坏，甚至会发生着火、爆炸等危险情况，因此，其安全保护电路必不可少。其中，对于管理系统关键元器件的失效保护尤为重要，不但能确保电路主控芯片的正常工作，还可为用户提供安全保障。因此，在所有与控制芯片通信连接的总线上都做了隔离保护。

在之前的产品设计中，只能采用传统的光耦合器隔离方案，隔离双向信号的唯一办法是缓冲并隔离发射与接收信号，隔离一路双向信号则至少需要两个光耦合器以及外部的分立元件（图2），若要实现信号和时钟完全隔离的电路设计则需要四路光耦合器来实现。这就增加了成本与电路板空间，并且需要采用大量的额外分立元件，增加了电路设计的复杂性，导致开发时间的延长和电路性能的不稳定。

图2，实现其中一路双向信号隔离需两路光耦及若干分立元件

ADuM1250是一款能实现双向信号隔离的无锁存的磁隔离器，支持热插拔，专门应用于隔离成本敏感的I2C，SMBUS，PMBUS及1-wire等双向通信总线。消除了光耦隔离需把双向信号分为单独的接收或发送信号所带来的不必要的麻烦，使电路板空间减少80%。在ADuM1250的输入输出电路中含有施密特整形电路，可与各种主控芯片直接连接传输高速信号而不必担心波形问题。相对于光耦的双向隔离电路，ADuM1250具有体积小，功耗低，外围电路极其简单等绝对的优势。

ADuM1250工作温度105℃，具有热插拔功能，支持高达1 Mbps的数据传输速率，提供2.5KVrms／min的隔离电压。由于不需要额外元件而且所有的缓存与信号调节都集成在一个封装内部，因此，ADuM1250降低的设计复杂性并缩短研发时间。

图3，双向数字隔离器ADuM1250内部框图

采用ADuM1250的双向通信总线隔离电路非常简单，ADuM1250只需要在电路两侧分别接一个0.1uF的去耦电容。而SDA和SCL总线上则根据I2C总线规则连接上拉电阻到VDD。

图4，ADuM1250外部连接图

采用ADuM1250可以很简单的构成I2C总线电路，如下图：

图5，由ADuM1250构成的双向总线隔离电路

上图电路是多个I2C总线设备通过ADuM1250磁隔离器相连接。其中，左侧每个I2C设备都有各自的独立电源和地。而右侧则全部连接到I2C总线上，采用统一的电源和地。

由此可见，当采用ADuM1250在模块控制芯片与电池监控芯片之间实现隔离时，将大大简化电路，完全解决各个电池组及各通信器件之间的共地问题。提高锂电池保护能力和电池管理系统的安全可靠性。

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