鲁棒、低功耗的电池监控电路前端
电路功能与优势
图1所示电路为鲁棒的电池监控前端，专为可能发生瞬变的环境而设计，例如工业或过程自动化环境。该电路使用adg5408 4通道cmos多路复用器，后接ad8226 仪表放大器，以低功耗和低成本精确监控各电池的电压，且无需额外的外部瞬变保护电路。
瞬变过压条件可造成传统cmos开关发生闩锁。通过结隔离技术，pmos和nmos晶体管的n和p井形成寄生硅控整流器（scr）电路。过压条件触发此scr，导致电流被显著放大，进而引起闩锁。闩锁是一种在关闭电源之前会持续存在的不良高电流状态，它可能导致器件故障。
如果输入或输出引脚电压之一超过供电轨一个二极管压降以上，或者电源时序控制不当，则可发生闩锁。如果通道上出现故障，且信号超过最大额定值，则故障可触发典型cmos器件的闩锁状态。
电路上电期间，也可能在cmos开关上电前产生输入端电压，特别是使用多个电源为电路供电时。此条件可能超过器件的最大额定值，并触发闩锁状态。
本设计中使用的两个多路复用器和仪表放大器（ia）具有鲁棒的输入。adg5408是防闩锁型高压8:1多路复用器。用于制造adg5408的沟道隔离技术可防止闩锁状态，并减少外部保护短路。防闩锁不保证过压保护，仅表示开关会进入高电流scr模式。adg5408还具有8 kv人体模型静电放电（esd）额定值（ansi/esda/jedec js-001-2010）。
ad8226是一款低成本、低功耗仪表放大器，具有鲁棒的输入，可处理相反供电轨最高达40 v的输入电压，同时将输出限制在供电轨内。例如，采用±18 v电源时，ad8226正或负输入的无损害摆幅为±22 v。ad8226的所有输入均通过内部二极管提供esd保护。
电路描述
电池监控系统（bms）需要在电池组内的每个电池两端施加个别电压，以评估电池的充电状态（soc）和运行状态（soh）。通过两个多路复用器实现电池组引脚的多路复用，如图1所示，可评估每个电池两端的电压。
一个多路复用器用于正引脚，另一个用于负引脚。此差分多路复用允许将单个仪表放大器用于最多八个通道。这样放大器不需要每个电池的共模电压供bms使用。
adg5408的每个通道具有低导通电阻，通常为13.5 ω，整个温度范围内的最大值为22 ω。输入失调电流最大值为2 na时，通道电阻上的最大误差电压为44 nv。
图1. 鲁棒的电池监控电路原理示意图（未显示所有连接和去耦）
图2显示典型cmos开关（使用外延层）与adg5408在接受闩锁测试时的结果对比。测试期间，将应力电流施加于引脚1 ms，此操作称为触发，触发后测量引脚上的电流。此特定测试在开关断开、漏极（d）设为vdd且源极（s）设为vss时执行，如图3所示。接着源极电压被驱动至超过vss，直至达到所需的触发电流。如果未发生闩锁，则引脚电流返回预触发值。发生闩锁后，引脚继续吸取电流，而不用触发电压驱动。只能通过关断器件来停止。
从图2可看出，此典型cmos开关在−290 ma达到闩锁电流，而adg5408不会发生闩锁，除非测试结束于−510 ma。
图2. 闩锁后触发电流对比
图3. 闩锁测试配置（预触发）
常见变化
对于堆叠使用四个或更少电池的应用，可使用单个adg5409 的四个差分通道。adg5409将四个差分输入切换为单个差分输出，且具有与adg5408相同的防闩锁结构。
电路评估与测试
该电路使用 eval-cn0253-sdpz 评估板，可单独用作评估板，或与eval-sdp-cs1z系统演示平台（sdp）评估板配合使用。在独立模式下，a0、a1、a2和en逻辑电平可由电路板上的链路或通过smb连接器连接到电路板的外部来源控制。
如果需要电脑控制，可使用120引脚对接连接器将eval-sdp-cs1z连接到eval-cn0253-sdpz评估板。
设备要求
eval-cn0253-sdpz评估板
±18 v电源
锂离子电池
用于测量输出的数字电压表
如果需要使用pc控制eval-cn0253-sdpz板，额外要求包括：
带usb端口的windows® xp、windows vista®（32/64位）或windows 7（32/64位）pc
eval-sdp-cs1z sdp
cn-0253评估软件
开始使用
仅在独立使用时需要eval-cn0253-sdpz、电源和测试电池。
要使用pc对电路板进行编程，应安装评估软件。为此，须将cn-0253评估软件光盘放进pc的光盘驱动器，加载评估软件。打开“my computer（我的电脑）”，找到包含评估软件光盘的驱动器，打开readme文件，按照说明安装和使用评估软件。
测试设置的功能框图
图4显示测试设置功能框图。eval-cn0253-sdpz-sch-rev0.pdf 文件包含电路板的完整电路原理图。
图4. 测试设置功能框图
设置
电源输出关闭时，将+18 v电源连接到j3-1引脚（vdd_ext），将−18 v电源连接到j3-3引脚（vss_ext），并将j3-2引脚（gnd_ext）接地。将测试电池接到电池连接。确保链路接头保留在未连接电池的电池连接上；也就是说，如果仅使用四个电池，剩余的四个电池连接应保持连接。
如果电路板需要电脑控制，必须移除以下链路接头：en、a0、a1和a2。如果使用eval-sdp-cs1z，请使用120引脚连接器将eval-sdp-cs1z连接到eval-cn0253-sdpz。使用尼龙五金配件固定连接。
测试
为±18 v电源供电。使用电路板上的en链路使能adg5408多路复用器的输出。使用电路板上的a0、a1和a2链路选择测试电池。smb连接器vout可用于连接独立的adc评估板，例如eval-ad7298sdz ，或者使用数字电压表手动测试。
如果需要电脑控制，请使用usb电缆将eval-sdp-cs1z连接到pc。启动cn-0253评估软件。电池电压可依据手动测试方法测试。如果使用eval-sdp-cs1z，可提供额外的5 v电源引脚。
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如果输入或输出引脚电压之一超过供电轨一个二极管压降以上，或者电源时序控制不当，则可发生闩锁。如果通道上出现故障，且信号超过最大额定值，则故障可触发典型cmos器件的闩锁状态。
电路上电期间，也可能在cmos开关上电前产生输入端电压，特别是使用多个电源为电路供电时。此条件可能超过器件的最大额定值，并触发闩锁状态。
本设计中使用的两个多路复用器和仪表放大器（ia）具有鲁棒的输入。adg5408是防闩锁型高压8:1多路复用器。用于制造adg5408的沟道隔离技术可防止闩锁状态，并减少外部保护短路。防闩锁不保证过压保护，仅表示开关会进入高电流scr模式。adg5408还具有8 kv人体模型静电放电（esd）额定值（ansi/esda/jedec js-001-2010）。
ad8226是一款低成本、低功耗仪表放大器，具有鲁棒的输入，可处理相反供电轨最高达40 v的输入电压，同时将输出限制在供电轨内。例如，采用±18 v电源时，ad8226正或负输入的无损害摆幅为±22 v。ad8226的所有输入均通过内部二极管提供esd保护。
电路描述
电池监控系统（bms）需要在电池组内的每个电池两端施加个别电压，以评估电池的充电状态（soc）和运行状态（soh）。通过两个多路复用器实现电池组引脚的多路复用，如图1所示，可评估每个电池两端的电压。
一个多路复用器用于正引脚，另一个用于负引脚。此差分多路复用允许将单个仪表放大器用于最多八个通道。这样放大器不需要每个电池的共模电压供bms使用。
adg5408的每个通道具有低导通电阻，通常为13.5 ω，整个温度范围内的最大值为22 ω。输入失调电流最大值为2 na时，通道电阻上的最大误差电压为44 nv。
图1. 鲁棒的电池监控电路原理示意图（未显示所有连接和去耦）
图2显示典型cmos开关（使用外延层）与adg5408在接受闩锁测试时的结果对比。测试期间，将应力电流施加于引脚1 ms，此操作称为触发，触发后测量引脚上的电流。此特定测试在开关断开、漏极（d）设为vdd且源极（s）设为vss时执行，如图3所示。接着源极电压被驱动至超过vss，直至达到所需的触发电流。如果未发生闩锁，则引脚电流返回预触发值。发生闩锁后，引脚继续吸取电流，而不用触发电压驱动。只能通过关断器件来停止。
从图2可看出，此典型cmos开关在−290 ma达到闩锁电流，而adg5408不会发生闩锁，除非测试结束于−510 ma。
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电路评估与测试
该电路使用 eval-cn0253-sdpz 评估板，可单独用作评估板，或与eval-sdp-cs1z系统演示平台（sdp）评估板配合使用。在独立模式下，a0、a1、a2和en逻辑电平可由电路板上的链路或通过smb连接器连接到电路板的外部来源控制。
如果需要电脑控制，可使用120引脚对接连接器将eval-sdp-cs1z连接到eval-cn0253-sdpz评估板。
设备要求
eval-cn0253-sdpz评估板
±18 v电源
锂离子电池
用于测量输出的数字电压表
如果需要使用pc控制eval-cn0253-sdpz板，额外要求包括：
带usb端口的windows® xp、windows vista®（32/64位）或windows 7（32/64位）pc
eval-sdp-cs1z sdp
cn-0253评估软件
开始使用
仅在独立使用时需要eval-cn0253-sdpz、电源和测试电池。
要使用pc对电路板进行编程，应安装评估软件。为此，须将cn-0253评估软件光盘放进pc的光盘驱动器，加载评估软件。打开“my computer（我的电脑）”，找到包含评估软件光盘的驱动器，打开readme文件，按照说明安装和使用评估软件。
测试设置的功能框图
图4显示测试设置功能框图。eval-cn0253-sdpz-sch-rev0.pdf 文件包含电路板的完整电路原理图。
图4. 测试设置功能框图
设置
电源输出关闭时，将+18 v电源连接到j3-1引脚（vdd_ext），将−18 v电源连接到j3-3引脚（vss_ext），并将j3-2引脚（gnd_ext）接地。将测试电池接到电池连接。确保链路接头保留在未连接电池的电池连接上；也就是说，如果仅使用四个电池，剩余的四个电池连接应保持连接。
如果电路板需要电脑控制，必须移除以下链路接头：en、a0、a1和a2。如果使用eval-sdp-cs1z，请使用120引脚连接器将eval-sdp-cs1z连接到eval-cn0253-sdpz。使用尼龙五金配件固定连接。
测试
为±18 v电源供电。使用电路板上的en链路使能adg5408多路复用器的输出。使用电路板上的a0、a1和a2链路选择测试电池。smb连接器vout可用于连接独立的adc评估板，例如eval-ad7298sdz ，或者使用数字电压表手动测试。
如果需要电脑控制，请使用usb电缆将eval-sdp-cs1z连接到pc。启动cn-0253评估软件。电池电压可依据手动测试方法测试。如果使用eval-sdp-cs1z，可提供额外的5 v电源引脚。
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