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。