實(shí)例分享！BMS采樣板針對低頻磁場抗擾測試解決方案

通常汽車零部件受到的磁場干擾可以分為內(nèi)部或外部干擾源干擾，其中內(nèi)部干擾源包括汽車的電動馬達(dá)、制動器等；而外部干擾源包括功率傳輸線、充電站等。低頻磁場抗擾測試 MFI 的方法是將 DUT 暴露在干擾磁場中進(jìn)行測試。輻射環(huán)可以產(chǎn)生干擾磁場，還可以用于小型 DUT 測試，或者采用多點(diǎn)放置的方法來測試大型 DUT。本文由ADI代理商駿龍科技工程師Ai Wei為大家介紹一種 BMS 采樣板針對低頻磁場抗擾測試的解決方案。

MFI 測試設(shè)置

低頻磁場抗擾 MFI 測試布置如下圖 (圖1) 所示，DUT 的每個(gè)面都要劃分成 100mm*100mm 的均勻方格區(qū)域，輻射環(huán)則平行放置于距離這些小方格中心 50mm 的位置進(jìn)行測試。線束中的所有導(dǎo)線需按照實(shí)際的車載應(yīng)用進(jìn)行端接或空載，如可能，還要安裝實(shí)際的負(fù)載或制動器。

圖1 輻射環(huán)測試布置

本文應(yīng)用的測試頻段為15Hz~150KHz，推薦的測試嚴(yán)酷定級劃分如下表 (表1) 所示：

表1 磁場抗擾測試推薦測試嚴(yán)酷等級 (內(nèi)部場模擬)

LTC6813 BMS MFI 測試

DUT 測試環(huán)境連接設(shè)置如上圖 (圖1) 所示，輻射環(huán)對準(zhǔn)覆蓋 LTC6813 BMS 板上的 AFE 即 LTC6813，每個(gè) AFE 都要測試一次，連接器和 FPC 在覆蓋面積內(nèi)。結(jié)果顯示 BMS MFI 測試失敗。LTC6813 所有通道的電壓從 200Hz 到 2kHz 呈現(xiàn) 10mV 以上跳動，其他頻段則表現(xiàn)良好，而測試標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為采樣電壓跳動需小于 10mV。

Debug 分析

在 LTC6813 菊花鏈 demo 評估板上實(shí)測 MFI 并無發(fā)現(xiàn)問題。比較 demo 評估板和 LTC6813 BMS 板的硬件設(shè)置，可以看到 demo 只有 3 個(gè) AFE 和 3 個(gè)連接器；而 LTC6813 菊花鏈 BMS 板為 5 個(gè) AFE 以及 3 個(gè)連接器，采樣板連接端口有一塊 FPC 軟板連接采樣線束和 CSC 板。這是實(shí)際應(yīng)用工況無法避免的情況。

圖2 LTC6813 菊花鏈 BMS 板

該 FPC 軟板走線 layout 為環(huán)形，不是像線束一樣并行走向，而且同一 cell 的 2 根采樣線束有出現(xiàn)跨接 2 個(gè)連接器的情況，這與測試標(biāo)準(zhǔn)的線束要求不一致。線束應(yīng)盡量減小線束內(nèi)部的差分耦合效應(yīng)，同時(shí)減少對負(fù)載及電源的干擾。線束及 DUT 要放置在一個(gè)絕緣、非鐵磁性、低滲透性材質(zhì) (如木桌)。

猜測輻射環(huán)測試時(shí)會同時(shí)覆蓋住 AFE、連接器和 FPC，該 FPC 走線呈現(xiàn)線圈狀和少數(shù) cell 在連接器處的分開走線會導(dǎo)致電磁效應(yīng)，這可能會干擾采樣。同時(shí) 200Hz 到 2kHz 的噪聲，ADC 7KHz 模式可能無法濾除，IC 內(nèi)部的 ADC 有可選的濾波模式，同步嘗試更改 ADC 1KHz 模式，觀察是否會改善測試結(jié)果。

MFI 測試結(jié)果分析

FPC 軟板走線呈現(xiàn)線圈狀繞法。帶 FPC 測試時(shí)，幾乎所有的 cell 測量電壓都跳動超過 10mV；而去掉 FPC 軟板，直接連接線束，絕大多數(shù)通道測量誤差能在 ±3mV 以內(nèi)。

分析查看異常的幾個(gè)采用通道。如下圖 (圖3) LTC6813 參考電路圖所示，以其中的一個(gè)通道 9 電壓為例子，采樣通道 9 電壓需要 C9 和 C8 兩根線，而這兩根線被分配在不同的連接器上，即這兩根線之間包含的面積較大。PCB 走線上由于要分開走線，也包圍了一定的面積。

圖3 LTC6813 參考電路

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，此時(shí)面積越大，耦合磁場的能量越大。將 C8 和 C9 這兩根分布在不同連接器上的走線并接在一起，以減小線束之間包含的面積。進(jìn)行 MFI 測試時(shí)，測量誤差從 20mV 縮小到了 9mV，磁線圈只蓋住一個(gè)連接器，則電壓跳動在 5mV 左右。

最壞的情況是把線圈蓋住兩個(gè)連接器，這兩個(gè)連接器剛好包含了一個(gè)電芯的兩根走線，比如 C8/C9。將不同連接器的所有線束綁在一起以減小面積，此時(shí) MFI 的測試結(jié)果顯示，最大誤差在 10mV。綜上，F(xiàn)PC 軟板的環(huán)形走線和電芯采樣線束的跨接連接器會導(dǎo)致 MFI 測試時(shí)的耦合效應(yīng)，從而影響采樣電壓，建議減小感應(yīng)面積。

解決方案

在電路設(shè)計(jì)方面，ADI LTC6813 內(nèi)部有多種濾波模式，功能強(qiáng)大，能夠靈活更改 ADC 模式，從 7KHz 改為 1KHz。高精度的電壓采樣場合建議使用 1KHz 模式，在一些診斷的應(yīng)用，可以使用 7KHz 及以上模式。在連接線束方面，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)去掉 FPC，或者一個(gè)連接器對應(yīng)一個(gè) AFE，避免同一個(gè) AFE 的采樣線有跨接 2 個(gè)連接器，從而導(dǎo)致耦合面積增大的情況。

總結(jié)

BMS 評估板在做低頻磁場抗擾測試時(shí)，硬件部分的連接器結(jié)構(gòu)需要一個(gè)連接器對應(yīng)一個(gè) AFE，避免同一個(gè) AFE 的采樣線出現(xiàn)跨接情況。這樣同一個(gè)電芯的采樣線走線的環(huán)路最小，MFI 測試就不會出現(xiàn)采樣精度問題。軟件部分則可以選擇不同 ADC 模式以適應(yīng)更好的應(yīng)用場景。