寶馬助陣，Linear演示電源、無線網絡等方案

　　在“2017慕尼黑上海電子展”上，Linear(凌力爾特)祭出強大陣容，有大量生動演示。公司應用技術工程師寧強先生為電子產品世界的編輯進行了詳細介紹。

　　寶馬助陣，電動車的無線BMS最炫

　　Linear的BMS(電池管理系統)演示非常吸引眼球。這是寶馬概念車，已經能夠行駛。

　　當然，拋“磚”引玉，核心是要展示一塊電路板，上面有Linear的合作伙伴——德國LIONSmart開發(fā)的無線BMS系統。下圖中左上角電路板上有一處LIONSmart的Logo，Logo遮蓋下的就是幕后英雄——Linear的電池組監(jiān)視器芯片LTC6804/LTC6811，這些芯片助力LIONSmart實現高性能高電壓電池監(jiān)視器，可以監(jiān)測電池的各種狀態(tài)，諸如用電狀態(tài)、導線端子連接等。

　　具體地，電路在啟動/上電時，首先要依次檢查接觸器是否是好的，是否有故障點，如果全部沒問題，就可以通過充電電阻給電容充電，然后吸合接觸器并啟動電機。

　　本系統中電池監(jiān)控采用的是多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器LTC6804。目前最新的是LTC6811，與LTC6804引腳兼容、軟件兼容，且具有額外的濾波器截止頻率、增添了被動和主動電池平衡控制功能、新的ADC命令和可應對更多故障情況以實現更高的功能安全性等級。如果電池出現了故障，通過LTC6804/LTC6811監(jiān)控，可進行實時檢測及報警。

　　LTC6811能同時負責12節(jié)電池的電壓測量，并可堆疊，因此電動汽車如果有96節(jié)電池，那么12x8=96，需要8塊LTC6811就夠了。

　　LTC6804/LTC6811可以與LTC6820配合實現高性價比的可靠數據通信。LTC6820是isoSPI隔離式通信接口，可把差分的isoSPI信號轉成標準的SPI，給到MCU。

　　依靠Linear的這些芯片做后盾，這看起來不太難?是否誰都可以照貓畫虎地做出一個LIONSmart的系統呢?其實軟件也是重要組成部分。在這里，硬件的任務是保證整個系統的干擾因素降到最低、非常可靠，不會因干擾引起信息/代碼的丟失，以真實地反映電池的狀態(tài)。

　　無線BMS，關鍵的還有無線部分，其無線傳輸采用了Linear專為BMS優(yōu)化的SmartMesh產品。

　　SmartMesh?IP嵌入式無線傳感器網絡

　　實際上，SmartMesh不僅可用于汽車，還可用于工業(yè)物聯網(IoT)，以保證網絡實現高可靠的傳輸數據，諸如溫度、壓力、濕度、流量、液位等傳感器信息。?特點是適合各種通用應用，可靠性高，功耗低。具體地，在可靠性方面，SmartMesh?IP的各節(jié)點與管理器有統一頻率的時鐘，且由管理器進行集中管理，從而避免網絡自身產生頻率干擾，跳頻功能及多節(jié)點路由的功能也保證了數據的可靠傳輸。為何功耗低?因為管理器的集中管理，使節(jié)點在規(guī)定的時間段內工作，分時傳輸。

　　SmartMesh?IP非常適合惡劣環(huán)境下的信號采集、溫濕度采集等，比如煤礦、工廠等電磁環(huán)境復雜的場合。符合無線IEEE?802.15.4標準，有經過預驗證的PCB模塊，以及無線網格網絡軟件。

　　該方案已推出四五年了，經過現場驗證，超過6萬個網絡部署在120多個國家。不過，在我國還是剛剛起步，國外的艾默生等企業(yè)在化工廠和/或污水處理廠有應用。

　　SmartMESH?IP網絡中的時間同步

　　SmartMESH?IP的特點除了實現跳頻/多路路由、低功耗外，且具有時間同步功能。

　　在數據傳輸過程中，由于是從網絡來的，會產生不同的延遲。由于SmartMESH?IP本身有時間戳的功能，可在網絡的數據包中加有時間戳。這樣同樣采集濕度、溫度等信號可實現時間同步。

　　延遲的集中處理方法分為兩種：1.正常的操作;2.優(yōu)先級的設定，優(yōu)先級高，就會連續(xù)分配給它幾塊時間，使它可以很快地把數據傳輸上來。

　　堅固的隔離，用于標準接口

　　Linear的μModule隔離器也做了多年，目前系列很全，適合各種嚴苛的信號環(huán)境以及多種隔離接口，諸如RS485、SPI、MOS開關、USB、I2C、RS232、CAN等。

　　μModule的特點是隔離度高，可達到7500VRMS的隔離度，ESD防護能力強，有高達25kV的ESD堅固防護接口引腳，可承受大于30kV/μs的高共模瞬變，且有低EMI——低于CISPR?22?Class?B的限值。

　　展會上，有展示隔離效果的demo(展示)，首先通過μModule一體化隔離式Anyside開關控制器LTM9100。在其電路周邊會產生很強的噪聲，例如一直有開關在切換的動作，表示電壓時有時無，會產生很大的噪聲。并在原副邊加了240V的電壓(注：可見電路板上面部分中，一些小燈泡在閃爍小火苗)。此時，數據經過LTM2889(CAN隔離器)、LTM2881(RS485隔離器)、LTM2887(RS232隔離器)、LTM2887(I2C隔離器)等，最終進達LCD顯示。可見顯示屏依然順利地實現了操作。這說明數據可以在強噪聲環(huán)境里依然可以可靠地傳輸，誤碼率極低，沒有丟包或誤碼現象。

　　“這類產品一般用在對質量要求比較高的應用中，尤其是電磁環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現場等場合下?！睂帍娞峒暗?。

　　據悉，μModule最高可實現7500VRMS的隔離度。那么，哪些場合需要如此高的電壓?例如醫(yī)療的某些應用中，可能會要求高達5000V的信號隔離耐壓，過去客戶需要設計復雜的電路，現在用μModule就可搞定。

　　100V多拓撲控制器

　　新推出的LTC3871，是48V/12V升降壓產品。12V/48V升壓的應用場景是什么?相當一部分應用是在弱混動汽車上，當配有48V電池時，如果48V電池需要充電，可以通過車上的12V電池升壓來充電。如果12V電池電量低，則通過48V電池降壓給12V電池充電。它們共享一套電路?？梢杂糜谄嚨膕tart-stop啟停裝置。

　　據悉，很多客戶對LTC3871感興趣。這里的48V主要不是針對純電動汽車，而是弱混動汽車。應用場景是：對于傳統汽車，啟停是最容易實現的，只需一些很小的改動，使剎車后熄火，就可以實現節(jié)油的目的。

　　LTC3871可以堆疊較多，可實現12相并聯，一相是20A，20Ax12就是240A，若一相是25A，25Ax12=300，就是300A。

　　下圖演示中，是采用LT8705(注：是80V?VIN和VOUT同步四開關、降壓-升壓型DC/DC控制器)來實現功率的雙向流動。一邊是輸電設備，12V有電時會通過LT8705給48V電容充電，充滿之后會通過LT8705反方向放電，這里增加了LTC4359，以防止LT8705放電時產生的12V回流到電源輸入端。

　　上圖左側的LTC4359是控制單個MOS管以實現理想二極管控制，導通時為毫歐級的電阻。而普通二極管，若12V充電，會有0.6V?電壓差，因此損耗較大。LTC4359很適合汽車應用，因汽車是大電流，可降低損耗。

　　神奇的靜態(tài)開關演示

　　下圖演示的是12V供電電路，每個有靜態(tài)開關電源。普通產品(見右下“DUT3”)，上電后，會產生約-40dB的EMI(電磁干擾)噪聲。如果把競爭對手的輸入開關斷開，切換到Linear的產品(“DUT2”)，可見左側示波器上的基準度非常平(示波器下圖)。但美中不足的是，開關頻率處有個尖峰，這時加個很小的LC濾波電路即可將其濾除?？梢奓inear產品的底噪很小。

　　為何“DUT2”比“DUT3”的電路板看起來大??實際上“DUT2”的電路板可以做得更小，此處采用的是標準演示板，外圍增設有接線及測量端子。此演示的目的：在同樣功率情況下，看誰的噪聲值更低。

　　“DUT2”上的明星產品是LT8614，具有2.5μA靜態(tài)電流的42V、4A同步穩(wěn)壓器Silent?Swicher(安靜開關穩(wěn)壓器)。現在Linear又推出了新的LT8640，電流更大。

　　為何Silent?Swicher的底噪很低?原因之一是結構特殊，例如引腳是左右對稱的，中間也有引腳，這樣左邊有電流會產生磁場，右邊也同時有電流產生磁場，這樣左右磁場近似閉合，意味著對外輻射最小。

　　小結

　　Linear的產品是高可靠。別人做不了的Linear來做，擅長電源、mesh網絡等。這和一家模擬公司的格調很類似?對了，ADI。3月11日，慕展開幕的前3天，ADI宣布完成對Linear的收購。這意味著不遠的明年，可能看不到Linear公司獨立參展了。

　　Linear，生來不凡，謝幕一樣令人喝彩!