信號鏈

 

由於電池測試設備要求輸出電壓電流精度較高，特別是動力電池測試係統
，這就需要我們弄清每一級信號調理環節。典型框圖如圖1所示
，由於第一級信號放大倍數在50~100範圍，分流電阻壓降較小，微伏級別的電壓變化都會造成萬分位的誤差。

 

 

圖1 電壓環與電流環

 

第一級信號放大

 

輸shu入ru偏pian置zhi電dian壓ya造zao成cheng的de的de直zhi流liu誤wu差cha在zai設she備bei最zui後hou校xiao準zhun工gong序xu中zhong可ke以yi消xiao除chu掉diao，但dan是shi根gen據ju溫wen度du，輸shu入ru輸shu出chu條tiao件jian而er變bian化hua的de誤wu差cha卻que很hen難nan通tong過guo線xian性xing校xiao準zhun消xiao除chu掉diao，第di一yi級ji主zhu要yao影ying響xiang因yin素su有you：

 

1. 放大器的Input voltage offset drift

 

一般根據設備的溫升值，選取合適的取值範圍，通常應用場景如表一所示：

 

表1：典型應用環境

 

電流檢測采用儀表放大器INA821：溫漂0.4 µV/°C

 

可以得知最大電流時
，分流電阻壓降60mV，溫漂帶來的INA821輸出漂移為0.4*50=20 µV，此時誤差為0.0333%，實際電路板的溫升低於50℃，因此INA821在實際使用中也絕對占據較好的優勢。同時也可以選型零溫漂器件如INA188。

 

2. 放大器的共模抑製比CMRR

 

在(zai)高(gao)精(jing)度(du)的(de)電(dian)池(chi)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)中(zhong)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)噪(zao)聲(sheng)環(huan)境(jing)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)高(gao)側(ce)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)，由(you)於(yu)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)較(jiao)高(gao)
，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)放(fang)大(da)器(qi)。首(shou)先(xian)
，共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)可(ke)以(yi)表(biao)示(shi)為(wei)

 

 

Ad為共模增益
，Acm為差模增益，共模抑製比帶來的誤差可以表示為

 

 

Vin_cm輸入共模電壓，Vin_d為(wei)輸(shu)入(ru)差(cha)模(mo)電(dian)壓(ya)，共(gong)模(mo)誤(wu)差(cha)似(si)乎(hu)是(shi)一(yi)個(ge)可(ke)以(yi)被(bei)校(xiao)準(zhun)的(de)誤(wu)差(cha)，當(dang)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)不(bu)變(bian)時(shi)，這(zhe)的(de)確(que)可(ke)以(yi)被(bei)軟(ruan)件(jian)校(xiao)準(zhun)抵(di)消(xiao)掉(diao)，而(er)由(you)於(yu)實(shi)際(ji)的(de)分(fen)容(rong)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)是(shi)從(cong)0V增長到滿電4.2V，此時共模電壓隨著充放電時間而變化，那麼共模誤差將會成為不可校準的誤差了

，此時需要選用CMRR較高的器件。在增益100倍時
，根據式（1）（2）給出幾種不同器件CMRR帶來的誤差：

 

 

3. 其他因素

 

其他無源器件的選擇上如分流器等

，也有采用溫度補償的方法可以降低溫漂帶來的誤差
，這裏不做贅述。

 

當(dang)然(ran)也(ye)有(you)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)廠(chang)家(jia)通(tong)過(guo)實(shi)現(xian)多(duo)段(duan)擬(ni)合(he)的(de)方(fang)法(fa)盡(jin)量(liang)降(jiang)低(di)校(xiao)準(zhun)時(shi)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差(cha)

，但(dan)是(shi)由(you)於(yu)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)時(shi)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)問(wen)題(ti)，這(zhe)需(xu)要(yao)很(hen)大(da)的(de)工(gong)作(zuo)量(liang)通(tong)過(guo)批(pi)量(liang)的(de)數(shu)據(ju)校(xiao)驗(yan)
，找(zhao)出(chu)具(ju)有(you)普(pu)適(shi)性(xing)的(de)溫(wen)漂(piao)多(duo)段(duan)校(xiao)準(zhun)折(zhe)線(xian)，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)因(yin)為(wei)一(yi)致(zhi)性(xing)的(de)問(wen)題(ti)也(ye)容(rong)易(yi)導(dao)致(zhi)出(chu)現(xian)過(guo)擬(ni)合(he)誤(wu)差(cha)。

 

第二級補償器的設計

 

補償器中運算放大器這一級的增益10倍以內，補償器的輸出電壓在1Vyishang，tongchangyunfangdezaoshengyijiwenpiaodouzaiweifujibie，zaochengdewuchayezhishishiwanfenweidechazhi。youyudianchiceshishebeisuoxuyaodeshuchudongtaixiangyingbugao
，yincibuchangqicanshudeshejizhixuyaobaozhenglianghaodewentaitexingji—充足的相位裕度，較大補償器的直流增益。

 

電流指令給定與數據采集

 

小電流電池測試設備隻需要一兩片ADC與DAC可以解決整機的電流指令的傳輸與信息的采集，采用如圖2所示的結構
，多MUX的方案可以實現主控板ADC或DAC與測試通道1:128或者1:256的用量。

 

圖2 MUX & ADC采樣電路

 

由於前麵提到係統軟件校準技術，因此誤差主要來源於ADC非線性誤差INL，溫漂，以及

 

考(kao)慮(lv)在(zai)小(xiao)電(dian)流(liu)電(dian)池(chi)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)中(zhong)
，讀(du)取(qu)係(xi)統(tong)中(zhong)所(suo)有(you)通(tong)道(dao)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)值(zhi)的(de)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)為(wei)秒(miao)的(de)量(liang)級(ji)
，因(yin)此(ci)需(xu)求(qiu)的(de)采(cai)樣(yang)率(lv)不(bu)需(xu)要(yao)很(hen)快(kuai)，但(dan)是(shi)為(wei)了(le)滿(man)足(zu)千(qian)分(fen)之(zhi)一(yi)的(de)電(dian)流(liu)精(jing)度(du)，需(xu)要(yao)bit位12bit以上的成本敏感型ADC，如：

 

 

而大電流電池檢測設備中，目前市麵上新出廠的設備可達0.02%，那麼需要ADC精度較高
，且每通道采樣率大於1kHz，提高係統的電壓電流值刷新率，允許雙極性差分輸入的ADC提供更寬的電流變化範圍，同時保證了從儀表放大器到ADC檢測所有信號鏈中的參考均為地。采樣速率低於100kHz時，delta-sigma的ADC較為常見使用：建議采用ADS131M08

 

 

參考文獻：

 

1.電池測試設備-參考設計及 產品

 

2.簡化電池測試設備中的電壓和電流測量

 

 

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