TI新能源汽车电池管理系统解决方案(五)—TIBQ76PL455A在设计中的考量

大家好

接下来我们来看一下 BQ76PL455

在设计方面的一些考虑

首先是关于这个就是说电压采样的

模拟前端的一个输入

通常我们都会提前至少需要增加一个

RC 滤波 那对于 R 来讲的话

最小值是一百欧

最大值也不希望超过 1k

典型值就是我们大家都用于 1k

这样子会得到一个比较好的一个保护这个效果

电容来讲的话呢最小也是 0.1

典型值是用 1

另外的话呢就是说

如果考虑到更恶劣的一些环境应用的话

我们也可以再增加一个共模电容

差模电容

这样子的话可以得到一个更低的一个截止频率

另外呢就是说通常来讲的话

需要增加一个 TVS

一个稳压管在那个管脚这边

因为是放在 1k 电阻之后

所以呢这对这个要求比较高的

就是说一定要有一个尽可能小的

一个反向漏电流

因为这个电流会影响到一个测量的一个精度

我们推荐是使用那个 6.2V 的一个稳压管

典型的选择可以选择反向漏电流在 0.5uA 左右

另外呢就是说对于保护的

那个就外部均衡的那个 MOS 管的话

通常是需要一个 GATE 端的

一个保护的一个二极管

当然你选择一个

自己带保护的二极管也是没问题的

那从那个摆放来讲的话

这个稳压管径要尽可能地摆放在

这个稳压管径要尽可能地摆放在

芯片那个越近越好 这非常重要

对于他的这个热插拔来讲

右边这个示意图跟红色箭头画出来了

就是当我热插拔的时候

电流的一个流的一个方向

我们可以看到这个稳压管

可以提供一个路径

通过一个电流

这样子的话可以避免

这个电流通过芯片内部的 ESD 保护管

因为芯片内部的 ESD 管的话

它的那个过容能力都是有限的

当然电流过大的话容易损坏

这样子外部的那个稳压管

可以起到这个作用

另外就是把这个稳压管把放到这个地方的话

其实呢可以考虑

另外两个好处

一个好处就是说万一在某种情况下

我的电池电压如果是接反的话

这单节来讲的话

这个稳压管也能提供一个反向的一个偏置

这个稳压管也能提供一个反向的一个偏置

就说保护我的芯片

另外一个呢就是说同时我的输入电阻

也可以去当我在前面有这种电压尖峰的时候

也会起到一个限流的作用

同时保护我们的那个稳压管

从 Layout 上面来讲的话

455 的 Layout 其实比较简单

它虽然有分了三个地

但是我们一般建议呢

这三个地就是不分 我们连在一起

但是建议一般采用那个四层

或者更以上的那种布局

给他提供一个完整的一层地就可以

这样子的话可以把三个地啊都连在一起

然后跟那个 BAT 这边

做一个单点接地就可以了

从器件摆放上面来讲

特别是针对我的这个

我们这个菊花链通讯这一块

这里面的话隔离通讯那隔离的这个电容

那肯定是一定要放到尽可能放在板边

因为它主要做一个隔离作用的

同时它的共模电感一般呢也是

尽可能的放在那个差分线的那个输入的

那个连接头附近

这样子可以阻止共模的噪声进到这个板子

同时呢这个串联的那电阻

还有它的那个 TVS 管的话

那就要尽可能放到芯片附近来提供保护

另外呢就从板上的走线来讲

我的那个菊花链的一个通讯线

要做一个差分信号的地带

那通常来讲的话呢就是尽可能短

同时呢走等长等距的那种线

从板外的菊花链的电缆来讲

是不能够放在他的那个走电流的

这个不要跟他放在一起

跟那个大电流的那个回路线放到一起

或者说那个金属表面上面

另外呢就是说最好是把它做一个处理

如果非常非常恶劣的环境的话

也许可能还要再增加那个 X-Y 电容

还有那个铁氧体

来进行一个更好更强的一个滤波

另外关于 Vio 的电源的话

我们可能要考虑的更多一点

分两种情况

一种情况呢如果是这个 PL455

我们是做一个菊花链的一个应用的话

那当然这个就比较简单

那 Vio 的话可能典型都是通过一个电阻

连到 VP 上去

因为这个板子一般来讲

是没有任何其他的一些供电的

但是呢如果是说我这个 455

它是连接到我的那个主机端的

或者是一些其他的一些电路的话

Vio 最好是跟它的那个主机

或者是跟它的通信接口电源用一样的

因为如果是说比如说像 GPIO 也好啊或什么的

通常来讲的话

也都是连着 MCU 这边的那个主机这边的

那这个时候如果 IO 连得的不好的话

有可能会引起一些额外的一些漏电流

因为我们 Vio 跟 GPIO 之间

它们都是有一些结构的

这样子的话会引起一些额外的一些供电

或者是漏电

同时呢就是整个芯片的功耗啊可能会更多

而且 Vio 就是说

它也是可以用来做一个复位机制的

所以如此连接不好的话

可能会引起一些我们并不期望的

那种就是说复位或者唤醒

那另外呢还有两个电源

一个是 Vref 还有那个 V5VAO

这两个电源的话呢都是

用在非常敏感的那些内部电路上面

一个是给 ADC 用的

一个是给那个电源控制用的

这个都是非常敏感

但是呢就是说也不具备驱动能力的

所以这两个电源是一定不能

一定一定是不能用来给外部电路进行供电的

然后 Vref 特别是对于 Vref 来讲的话

因为它是给 ADC 的一个做参考

所以它那个外面的旁路电容呢

是有更高的一个要求

至少是一个是要 X7R 以上的

最好最好是用 NPO 的或者是 COG 的

这种温漂系数非常小的这种电容

另外呢就是说

就是内部电路值来讲的话

一般来讲大一点为好

但是呢最好不要超过 2uF

我们推荐是 1.8uF 再加 0.1uF

作为一个阶梯的一个滤波效果

但是呢 1.8 不是很好找

1.8uF 所以呢用 1uF 其实也是可以的

另外呢就是还有一个

Charge Pump 一个外部电容

这个电容没有什么考虑的

就是说它是一个优化的固定值

所以直接选择用 0.022uF 的

一个电容就可以了

另外呢就是 OUT

也是这个板最重要的信号之一

因为它是从那个模拟带把那个信号送出来

然后进入到那个数字带着两个区间的一个信号

在芯片内部呢它是有一个接近为 1k 的

一个输入电阻的

所以呢外面配个电容

其实就是给他提供形成了一个 RC 滤波

这个电容非常非常非常重要

就是说它会直接影响到我们的

采样一个精度跟采样的时间的一个配置

如果按照前面就是我们

TI 推荐的一个 ADC 设置的话

我们推荐这个电容是 390pF

如果是使用的是不同的那个电容的话

可能我们还要相应的去选择不同的一个

特别是延时的一个 ADC 的一个设置

这个呢就是说

嗯在我们的规格书里面

也有一些推荐的值

就是说对于不同的那个电容

不同的一个配置

这个呢就是说也改了之后

另外呢就是也建议做一些测试

来确定这个精度到底是不是可以接受

那除了这个之外

就是说 PL455 它是有一个外部的一个

LDO 的一个控制的

这样子呢我们通常会推荐呢在

晶体管的集电极这边串一个电阻

来做一个就是说做个限流

这个下面这个公式也是计算来说

你最大这个电阻会选多大的问题

那这个电阻值呢就选择其实要选两个

一个呢就是说尽可能选大一点

另外一个呢就是也考虑功耗

就是你要是把那些功耗

全部都转到那个电阻上来讲

它的封装一定要能够耐得住

另外呢就是对于那个 VP

这个输出端来讲的话

我们通常会建议就是串一个电阻

跟一个 4.7uF 电容进行一个去耦

这个电阻呢应该是在 300-700 毫欧左右

通常来讲是 0.39 毫欧

这个电阻其实主要是

用来提供一个跟这个 C 之间

提供了一个零点

保证这个LDO的一个稳定性

那除了这个之外

另外还有一些设计的一个考虑

就是一个是差分线

对差分线那个 TVS 管来讲的话

就是说一定要有最小的寄生电容

这是一定要的

比如说 TI 的这个型号

另外呢如果说我们这个 AUX

做一次外部的一个温敏

这个温敏呢是连在那个线缆上的

那这里面那也需要

因为经常会有瞬烫

所以这个地方也是需要增加一个 TVS 管

当然那个 RC 滤波肯定是一般也是需要的

那对于这个输入这边来讲的话

这个稳压管一般是要尽可能放到芯片附近

同时呢就是说最低的一个反向漏电流

这也是一个核心的一个考虑

不然影响它的测量精度

那除了这个之外

这个电压测量这个输入 RC 滤波

一般典型的推荐都是连到地上去的

所以这时候呢就是说要求的

这个电容耐压也比较高

一般来讲我们对于 16 串的话

可能就需要 100V 耐压的电容

这个确实啊是有点局限性

因为这个电容的封装一般来讲会比较大

至少得 1210 1206 的一个封装

同时前面也提到过

这个外部均衡的这个 MOS 管

一定是需要进行保护

他 GATE 端一定要有保护

如果它 MOS 本身不具备这个功能的话

那一般在外部加一个 5.1V 的一个稳压管

那除了这些硬件设计上的一些考虑之外

TI 还提供了好多一些额外的一些帮助

比如说最新的 datasheet

目前我们在官网上已经可以找到

中文版的一个非常详细的 datasheet

另外就是有一系列的那个参考原理图

参考设计这个也是可以提供给客户进行参考的

同时就是针对于我们的软件的一些设计

软件代码 我们有提供一个软件设计指引

还有我们的一些 demo code

所以这个都是可以给客户提供的一些资源

可以非常非常容易的把 PL455 用起来

所以呢关于那个 PL455 的一些技术细节的

一些介绍呢就到这里差不多就是这些了

后面的话我们会再详细的去介绍一下

关于主动均衡

谢谢大家

大家好

接下来我们来看一下 BQ76PL455

在设计方面的一些考虑

首先是关于这个就是说电压采样的

模拟前端的一个输入

通常我们都会提前至少需要增加一个

RC 滤波 那对于 R 来讲的话

最小值是一百欧

最大值也不希望超过 1k

典型值就是我们大家都用于 1k

这样子会得到一个比较好的一个保护这个效果

电容来讲的话呢最小也是 0.1

典型值是用 1

另外的话呢就是说

如果考虑到更恶劣的一些环境应用的话

我们也可以再增加一个共模电容

差模电容

这样子的话可以得到一个更低的一个截止频率

另外呢就是说通常来讲的话

需要增加一个 TVS

一个稳压管在那个管脚这边

因为是放在 1k 电阻之后

所以呢这对这个要求比较高的

就是说一定要有一个尽可能小的

一个反向漏电流

因为这个电流会影响到一个测量的一个精度

我们推荐是使用那个 6.2V 的一个稳压管

典型的选择可以选择反向漏电流在 0.5uA 左右

另外呢就是说对于保护的

那个就外部均衡的那个 MOS 管的话

通常是需要一个 GATE 端的

一个保护的一个二极管

当然你选择一个

自己带保护的二极管也是没问题的

那从那个摆放来讲的话

这个稳压管径要尽可能地摆放在

这个稳压管径要尽可能地摆放在

芯片那个越近越好 这非常重要

对于他的这个热插拔来讲

右边这个示意图跟红色箭头画出来了

就是当我热插拔的时候

电流的一个流的一个方向

我们可以看到这个稳压管

可以提供一个路径

通过一个电流

这样子的话可以避免

这个电流通过芯片内部的 ESD 保护管

因为芯片内部的 ESD 管的话

它的那个过容能力都是有限的

当然电流过大的话容易损坏

这样子外部的那个稳压管

可以起到这个作用

另外就是把这个稳压管把放到这个地方的话

其实呢可以考虑

另外两个好处

一个好处就是说万一在某种情况下

我的电池电压如果是接反的话

这单节来讲的话

这个稳压管也能提供一个反向的一个偏置

这个稳压管也能提供一个反向的一个偏置

就说保护我的芯片

另外一个呢就是说同时我的输入电阻

也可以去当我在前面有这种电压尖峰的时候

也会起到一个限流的作用

同时保护我们的那个稳压管

从 Layout 上面来讲的话

455 的 Layout 其实比较简单

它虽然有分了三个地

但是我们一般建议呢

这三个地就是不分 我们连在一起

但是建议一般采用那个四层

或者更以上的那种布局

给他提供一个完整的一层地就可以

这样子的话可以把三个地啊都连在一起

然后跟那个 BAT 这边

做一个单点接地就可以了

从器件摆放上面来讲

特别是针对我的这个

我们这个菊花链通讯这一块

这里面的话隔离通讯那隔离的这个电容

那肯定是一定要放到尽可能放在板边

因为它主要做一个隔离作用的

同时它的共模电感一般呢也是

尽可能的放在那个差分线的那个输入的

那个连接头附近

这样子可以阻止共模的噪声进到这个板子

同时呢这个串联的那电阻

还有它的那个 TVS 管的话

那就要尽可能放到芯片附近来提供保护

另外呢就从板上的走线来讲

我的那个菊花链的一个通讯线

要做一个差分信号的地带

那通常来讲的话呢就是尽可能短

同时呢走等长等距的那种线

从板外的菊花链的电缆来讲

是不能够放在他的那个走电流的

这个不要跟他放在一起

跟那个大电流的那个回路线放到一起

或者说那个金属表面上面

另外呢就是说最好是把它做一个处理

如果非常非常恶劣的环境的话

也许可能还要再增加那个 X-Y 电容

还有那个铁氧体

来进行一个更好更强的一个滤波

另外关于 Vio 的电源的话

我们可能要考虑的更多一点

分两种情况

一种情况呢如果是这个 PL455

我们是做一个菊花链的一个应用的话

那当然这个就比较简单

那 Vio 的话可能典型都是通过一个电阻

连到 VP 上去

因为这个板子一般来讲

是没有任何其他的一些供电的

但是呢如果是说我这个 455

它是连接到我的那个主机端的

或者是一些其他的一些电路的话

Vio 最好是跟它的那个主机

或者是跟它的通信接口电源用一样的

因为如果是说比如说像 GPIO 也好啊或什么的

通常来讲的话

也都是连着 MCU 这边的那个主机这边的

那这个时候如果 IO 连得的不好的话

有可能会引起一些额外的一些漏电流

因为我们 Vio 跟 GPIO 之间

它们都是有一些结构的

这样子的话会引起一些额外的一些供电

或者是漏电

同时呢就是整个芯片的功耗啊可能会更多

而且 Vio 就是说

它也是可以用来做一个复位机制的

所以如此连接不好的话

可能会引起一些我们并不期望的

那种就是说复位或者唤醒

那另外呢还有两个电源

一个是 Vref 还有那个 V5VAO

这两个电源的话呢都是

用在非常敏感的那些内部电路上面

一个是给 ADC 用的

一个是给那个电源控制用的

这个都是非常敏感

但是呢就是说也不具备驱动能力的

所以这两个电源是一定不能

一定一定是不能用来给外部电路进行供电的

然后 Vref 特别是对于 Vref 来讲的话

因为它是给 ADC 的一个做参考

所以它那个外面的旁路电容呢

是有更高的一个要求

至少是一个是要 X7R 以上的

最好最好是用 NPO 的或者是 COG 的

这种温漂系数非常小的这种电容

另外呢就是说

就是内部电路值来讲的话

一般来讲大一点为好

但是呢最好不要超过 2uF

我们推荐是 1.8uF 再加 0.1uF

作为一个阶梯的一个滤波效果

但是呢 1.8 不是很好找

1.8uF 所以呢用 1uF 其实也是可以的

另外呢就是还有一个

Charge Pump 一个外部电容

这个电容没有什么考虑的

就是说它是一个优化的固定值

所以直接选择用 0.022uF 的

一个电容就可以了

另外呢就是 OUT

也是这个板最重要的信号之一

因为它是从那个模拟带把那个信号送出来

然后进入到那个数字带着两个区间的一个信号

在芯片内部呢它是有一个接近为 1k 的

一个输入电阻的

所以呢外面配个电容

其实就是给他提供形成了一个 RC 滤波

这个电容非常非常非常重要

就是说它会直接影响到我们的

采样一个精度跟采样的时间的一个配置

如果按照前面就是我们

TI 推荐的一个 ADC 设置的话

我们推荐这个电容是 390pF

如果是使用的是不同的那个电容的话

可能我们还要相应的去选择不同的一个

特别是延时的一个 ADC 的一个设置

这个呢就是说

嗯在我们的规格书里面

也有一些推荐的值

就是说对于不同的那个电容

不同的一个配置

这个呢就是说也改了之后

另外呢就是也建议做一些测试

来确定这个精度到底是不是可以接受

那除了这个之外

就是说 PL455 它是有一个外部的一个

LDO 的一个控制的

这样子呢我们通常会推荐呢在

晶体管的集电极这边串一个电阻

来做一个就是说做个限流

这个下面这个公式也是计算来说

你最大这个电阻会选多大的问题

那这个电阻值呢就选择其实要选两个

一个呢就是说尽可能选大一点

另外一个呢就是也考虑功耗

就是你要是把那些功耗

全部都转到那个电阻上来讲

它的封装一定要能够耐得住

另外呢就是对于那个 VP

这个输出端来讲的话

我们通常会建议就是串一个电阻

跟一个 4.7uF 电容进行一个去耦

这个电阻呢应该是在 300-700 毫欧左右

通常来讲是 0.39 毫欧

这个电阻其实主要是

用来提供一个跟这个 C 之间

提供了一个零点

保证这个LDO的一个稳定性

那除了这个之外

另外还有一些设计的一个考虑

就是一个是差分线

对差分线那个 TVS 管来讲的话

就是说一定要有最小的寄生电容

这是一定要的

比如说 TI 的这个型号

另外呢如果说我们这个 AUX

做一次外部的一个温敏

这个温敏呢是连在那个线缆上的

那这里面那也需要

因为经常会有瞬烫

所以这个地方也是需要增加一个 TVS 管

当然那个 RC 滤波肯定是一般也是需要的

那对于这个输入这边来讲的话

这个稳压管一般是要尽可能放到芯片附近

同时呢就是说最低的一个反向漏电流

这也是一个核心的一个考虑

不然影响它的测量精度

那除了这个之外

这个电压测量这个输入 RC 滤波

一般典型的推荐都是连到地上去的

所以这时候呢就是说要求的

这个电容耐压也比较高

一般来讲我们对于 16 串的话

可能就需要 100V 耐压的电容

这个确实啊是有点局限性

因为这个电容的封装一般来讲会比较大

至少得 1210 1206 的一个封装

同时前面也提到过

这个外部均衡的这个 MOS 管

一定是需要进行保护

他 GATE 端一定要有保护

如果它 MOS 本身不具备这个功能的话

那一般在外部加一个 5.1V 的一个稳压管

那除了这些硬件设计上的一些考虑之外

TI 还提供了好多一些额外的一些帮助

比如说最新的 datasheet

目前我们在官网上已经可以找到

中文版的一个非常详细的 datasheet

另外就是有一系列的那个参考原理图

参考设计这个也是可以提供给客户进行参考的

同时就是针对于我们的软件的一些设计

软件代码 我们有提供一个软件设计指引

还有我们的一些 demo code

所以这个都是可以给客户提供的一些资源

可以非常非常容易的把 PL455 用起来

所以呢关于那个 PL455 的一些技术细节的

一些介绍呢就到这里差不多就是这些了

后面的话我们会再详细的去介绍一下

关于主动均衡

谢谢大家