MAX17843：高性能12通道智能傳感器數(shù)據(jù)采集接口剖析

在當(dāng)今電子設(shè)備的快速發(fā)展中，對(duì)于電池管理系統(tǒng)的精準(zhǔn)度和可靠性要求越來(lái)越高。尤其是在汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，電池監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確采集是確保整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。MAX17843作為高性能的12通道智能傳感器數(shù)據(jù)采集接口，憑借強(qiáng)大的功能和出色的性能，在眾多應(yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。下面我們就一起深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：MAX17843.pdf

主要特性亮點(diǎn)

1. 多領(lǐng)域適用的高集成度設(shè)計(jì)

MAX17843專為汽車(chē)系統(tǒng)、混合動(dòng)力電池組、電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用的電池監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)，支持鋰離子、鎳氫或超級(jí)電容電池的12節(jié)電池電壓測(cè)量。它集成了12通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具備差分高壓多路復(fù)用器到ADC的轉(zhuǎn)換功能，14位分辨率ADC配合過(guò)采樣技術(shù)，能在142μs內(nèi)完成12節(jié)電池電壓測(cè)量，還能進(jìn)行模塊電壓測(cè)量和冗余ADC操作，為系統(tǒng)提供全面且精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集能力。

2. 高精度數(shù)據(jù)采集與處理

高精度是MAX17843的一大顯著優(yōu)勢(shì)。它能在+25°C和3.6V條件下實(shí)現(xiàn)±2mV的測(cè)量精度，擁有出色的差分測(cè)量輸入輸出。其采用2掃描方法進(jìn)行電池測(cè)量并校正誤差，在不同溫度環(huán)境和強(qiáng)噪聲系統(tǒng)中都能保證極高的測(cè)量準(zhǔn)確性，可有效降低環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，為電池管理系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3. 豐富的監(jiān)測(cè)與保護(hù)功能

• 溫度監(jiān)測(cè)：具有兩個(gè)輔助模擬輸入，可用于連接負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，精確監(jiān)測(cè)模塊或電池單元溫度。同時(shí)，芯片還具備管芯溫度測(cè)量和報(bào)警功能，能及時(shí)反饋芯片自身溫度情況，確保系統(tǒng)在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。
• 電池故障檢測(cè)：支持過(guò)電壓和欠電壓數(shù)字閾值檢測(cè)，提供增強(qiáng)的診斷功能以支持ASIL和FMEA（失效模式與效應(yīng)分析），能快速準(zhǔn)確地檢測(cè)電池故障，為電池的安全使用保駕護(hù)航。
• 電池均衡：內(nèi)部集成12個(gè)電池均衡開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)支持高達(dá)150mA的電流，還具備緊急電池放電模式，可有效平衡電池組中各電池的電壓，延長(zhǎng)電池使用壽命。

4. 可靠的通信與低功耗設(shè)計(jì)

• 通信接口：具備強(qiáng)大的差分菊花鏈UART接口，單條菊花鏈最多可連接32個(gè)IC，且與直接MCU連接兼容，標(biāo)準(zhǔn)UART字節(jié)傳輸速率最高可達(dá)2Mb/s，能實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信。
• 低功耗：在低功耗性能方面表現(xiàn)出色，待機(jī)模式電源電流典型值為2.0mA，關(guān)機(jī)模式泄漏電流僅為3μA，同時(shí)工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，滿足AEC - Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)，適用于各種惡劣環(huán)境。

數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)高效

1. 數(shù)據(jù)采集流程

MAX17843的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由多個(gè)關(guān)鍵模塊組成，包括ADC、HVMUX、HV電荷泵、LSAMP等。其數(shù)據(jù)采集過(guò)程包括轉(zhuǎn)換、掃描、測(cè)量周期和采集等步驟。轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)中，ADC對(duì)單個(gè)輸入通道進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換為12位二進(jìn)制值；掃描過(guò)程則是ADC依次對(duì)所有啟用的電池輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作；測(cè)量周期是為了最小化誤差，ADC會(huì)進(jìn)行兩次掃描并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均得到14位測(cè)量值；而如果啟用了過(guò)采樣功能，ADC會(huì)進(jìn)行多次測(cè)量并求平均，以提高測(cè)量的分辨率和精度。

2. 輸入范圍與校準(zhǔn)

輸入范圍支持單極性和雙極性模式，單極性模式下輸入范圍名義上為0 - 5V，但為保證精度，推薦使用范圍為0.2V - 4.8V；雙極性模式輸入范圍為 -2.5V - +2.5V，精度范圍是 -2.3V - +2.3V。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工廠進(jìn)行了校準(zhǔn)，校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)在ROM中，可通過(guò)診斷功能檢查校準(zhǔn)完整性，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3. 溫度相關(guān)測(cè)量與計(jì)算

在溫度測(cè)量方面，AUXIN1和AUXIN2輸入可用于測(cè)量外部溫度，通過(guò)連接熱敏電阻和分壓電路，根據(jù)測(cè)量值可計(jì)算出熱敏電阻的阻值，進(jìn)而得出溫度。同時(shí)，芯片內(nèi)部的管芯溫度測(cè)量功能利用與絕對(duì)溫度成正比的電壓源進(jìn)行測(cè)量，能為系統(tǒng)提供芯片自身的溫度信息，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的溫度異常問(wèn)題。

電池管理功能完善

1. 電池均衡開(kāi)關(guān)

MAX17843的內(nèi)部12個(gè)電池均衡開(kāi)關(guān)可用于對(duì)電池進(jìn)行放電操作，以平衡電池組中各電池的電壓。但在同時(shí)啟用相鄰均衡開(kāi)關(guān)時(shí)，需注意避免超過(guò)器件的最大工作條件，防止出現(xiàn)過(guò)流等問(wèn)題，確保電池均衡過(guò)程的安全可靠。

2. 電池均衡電流與看門(mén)狗

最大電池均衡電流受封裝功耗、平均管芯溫度、開(kāi)關(guān)平均占空比和導(dǎo)通開(kāi)關(guān)數(shù)量等因素限制，以保證在不同工作條件下都能安全地進(jìn)行電池均衡操作。電池均衡看門(mén)狗可在主機(jī)未能及時(shí)禁用電池均衡模式時(shí)，自動(dòng)禁用電池均衡開(kāi)關(guān)，可通過(guò)WATCHDOG寄存器配置超時(shí)時(shí)間，從1s到3840s可調(diào)，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3. 緊急放電模式

緊急放電模式可在緊急情況下對(duì)電池進(jìn)行可控放電，將電池電壓降低到安全水平。通過(guò)BALSWDCHG和DEVCFG1寄存器控制該模式，可配置放電占空比和超時(shí)時(shí)間等參數(shù)，確保在緊急情況下能迅速、有效地處理電池問(wèn)題，保障系統(tǒng)安全。

通信接口穩(wěn)定可靠

1. UART協(xié)議與通信模式

電池管理UART協(xié)議支持多達(dá)32個(gè)設(shè)備以菊花鏈方式連接，數(shù)據(jù)從主機(jī)單向傳輸，先向上經(jīng)過(guò)菊花鏈設(shè)備，再向下返回主機(jī)。協(xié)議采用曼徹斯特編碼、奇偶校驗(yàn)、字符幀和數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查（PEC）等特性，確保通信數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。支持2Mb/s、1Mb/s或0.5Mb/s的固定波特率，由主機(jī)設(shè)置并由設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)。

2. UART端口與收發(fā)模式

UART端口包括上端口和下端口，每個(gè)端口由差分線驅(qū)動(dòng)器和差分線接收器組成。支持差分模式和單端模式，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求靈活選擇。在單端模式下，可通過(guò)特定配置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正常接收和處理。發(fā)送器在空閑模式下可配置為低阻抗或高阻抗?fàn)顟B(tài)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

3. 命令包與相關(guān)數(shù)據(jù)類型

命令包是通信的基本單元，由前導(dǎo)字符、數(shù)據(jù)字符和停止字符組成。前導(dǎo)字符用于標(biāo)志命令包的開(kāi)始，數(shù)據(jù)字符包含實(shí)際的通信數(shù)據(jù)，停止字符則標(biāo)志命令包的結(jié)束。同時(shí)，協(xié)議還定義了多種數(shù)據(jù)類型，如命令字節(jié)、寄存器地址、寄存器數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)檢查字節(jié)、PEC字節(jié)和活動(dòng)計(jì)數(shù)器字節(jié)等，每種數(shù)據(jù)類型都有其特定的功能和作用，共同保障通信的正常進(jìn)行。

內(nèi)部診斷確保安全

1. 內(nèi)置診斷功能概述

MAX17843具備豐富的內(nèi)置診斷功能，可支持ISO 26262等安全標(biāo)準(zhǔn)，能及時(shí)檢測(cè)各種潛在的故障。診斷功能涵蓋了多種類型的故障檢測(cè)，如參考電壓故障、VAA電壓故障、LSAMP偏移故障、ADC位固定故障、平衡開(kāi)關(guān)短路或開(kāi)路故障、檢測(cè)線開(kāi)路故障等，能全面保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 部分診斷示例

• ALTREF診斷：通過(guò)測(cè)量備用參考電壓（VALTREF）來(lái)檢查ADC的主參考電壓是否正常，測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)在DIAG寄存器中，根據(jù)結(jié)果可判斷主參考電壓是否在正常范圍內(nèi)。
• VAA診斷：對(duì)VAA電壓進(jìn)行診斷，使用REF作為ADC參考，通過(guò)特定的計(jì)算公式得出VAA的測(cè)量值，并與電氣特性表中的范圍進(jìn)行比較，以驗(yàn)證VAA電壓是否符合要求。
• 平衡開(kāi)關(guān)診斷：提供四種平衡開(kāi)關(guān)診斷模式，可檢測(cè)平衡開(kāi)關(guān)的短路、開(kāi)路以及檢測(cè)線開(kāi)路等故障。啟用相應(yīng)模式后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)配置采集參數(shù)并將測(cè)量結(jié)果與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，若超出閾值則設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)志，及時(shí)反饋故障信息。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

1. 車(chē)輛應(yīng)用

在車(chē)輛領(lǐng)域，電池模塊是重要組成部分，可由多種化學(xué)類型的電池組成，如鋰離子、鎳氫、超級(jí)電容或鉛酸電池等。MAX17843可用于監(jiān)測(cè)這些電池模塊的電壓和溫度等參數(shù)，為車(chē)輛的電池管理系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，確保車(chē)輛電池的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 電池管理系統(tǒng)

在電池管理系統(tǒng)中，可采用菊花鏈系統(tǒng)或分布式模塊通信方式。菊花鏈系統(tǒng)成本較低，只需一個(gè)隔離器即可實(shí)現(xiàn)主機(jī)與多個(gè)電池模塊的通信；分布式模塊系統(tǒng)則為每個(gè)電池模塊配備獨(dú)立的數(shù)據(jù)鏈路和隔離器，通信可靠性更高。MAX17843支持這兩種通信方式，可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。

總結(jié)

MAX17843憑借其多方面的卓越特性，在電池監(jiān)測(cè)與管理領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)論是在汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)還是其他對(duì)電池管理要求較高的應(yīng)用中，都能提供可靠、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和管理解決方案。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求合理配置其各項(xiàng)功能，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。不知道大家在電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！