电子发烧友网报道(文/黄山明)ADC(模数转换芯片)是储能系统中必不可少的芯片,是模拟芯片中难度最高的一部分,也被人们赞誉为模拟电路皇冠上的明珠。ADC在储能电源中的作用主要是进行高精度数模转换,实现模拟信号到数字信号的转换。
ADC是电力设备必备产品
1974年,世界上首个ADC芯片由IBM的M. Klein所推出,至今已有近50年的历史。ADC主要作用是将真实世界产生的如温度、压力、声音、指纹或者图像等模拟信号转换成更容易处理的数字形式。
模拟信号经过带限滤波、采样保持电路,成为梯形信号,再经过编码器,使梯形信号中的每一级都变成二进制码。最后,模拟量被转换成数字量,然后传送到CPU。也就是说,几乎所有的通电数据都需要经过ADC转换。
与ADC相对的还有DAC,主要作用是将数字信号调制成模拟信号,从应用需求来看,ADC总需求更高,占比接近80%。
市场中,目前的主导企业主要为ADI、TI、瑞萨等,国内的企业如圣邦微、芯海、必易微、晶华微、芯佰微、迅芯微、治精微、类比、智毅聚芯等。
ADC芯片的工作原理是将模拟信号转化为数字信号,需要经过采样、保持、量化和编程四个阶段。根据不同的处理方式,ADC芯片的结构及其应用场景有很多种,例如Flash结构、Half-Flash结构、折叠型(Folding)结构、Σ-Δ(Sigma-Delta)结构、逐次逼近型(SAR)结构、流水型(Pipelined)等,储能电源中主要使用的便是Σ-ΔADC。
有意思的是,尽管ADC芯片已经发展了近半个世纪,但ADC/DAC芯片产业更新迭代的速度要比普通的芯片更快,大概是以4-6年为一个周期。
据Statista统计,2022年ADC芯片市场规模约为29.3亿美元,同比增长6.55%,预计到2027年全球ADC芯片市场规模将达到40.9亿美元,2022-2027年均复合增速为6.90%。
储能电源中关键的ADC
ADC芯片在储能电源中扮演着重要的角色,主要用于电池的监测和管理。在电化学储能系统中,BMS(电池管理系统)是至关重要的部分,它需要实时监测电池的状态,如电压、电流和温度等,并通过特定的算法对电池的SOC(State of Charge,充电状态)和SOH(State of Health,健康状态)等关键参数进行估计。
为了实现高精度的电池状态估计和有效的电池管理,ADC芯片将模拟信号转换为数字信号供给BMS使用。这样,MCU就可以根据这些精确的数字信号数据对电池进行适当的管理和控制,以确保电池的安全和有效运行。
例如,当电池的温度升高或者电流过大时,MCU可以通过ADC芯片获取到这些信息,并及时采取相应的措施来防止电池出现过热或者过充的情况,从而保护电池的使用寿命和安全。
从工作原理来看,ADC是将模拟信号转换为数字信号。这个过程通常包括采样、保持、量化和编码四个步骤。
ADC通过采样-保持电路,将输入的模拟信号进行取样,即选取信号的一个时间点或者一小段时间内的电平作为样本。在取样后,ADC会保持这个样本值不变,直到下一次取样。
随后ADC会将取样后的模拟信号转换为数字信号,这个过程包括将模拟信号的幅度进行数字化,通常采用二进制表示。最后,ADC将量化后的数字信号进行编码,将其转换成二进制代码,以便于计算机或者其他数字系统进行处理和识别。
ADC芯片的核心原理是将模拟信号转换为数字信号,而这个转换的过程是通过比较和转换实现的。在比较过程中,ADC将输入模拟信号与一个参考模拟量进行比较,得到一个相对的数字值。而转换则是将这个相对的数字值转换成真正的二进制数值。
不同类型的ADC芯片有不同的实现方式和工作原理,如逐次逼近型ADC、Σ-Δ型ADC等。其中,逐次逼近型ADC采用逐次比较的方法,将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经过多次比较而输出数字值。Σ-Δ型ADC则以很低的采样分辨率和很高的采样速率将模拟信号数字化,通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率,然后对ADC输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率。
小结
在储能电源中,ADC的作用主要是进行高精度数模转换,实现模拟信号到数字信号的转换。在储能系统中,ADC广泛应用于电信号的检测,如电池包电压和电流/绝缘电阻、接触器端电压、继电器粘连检测、充电检测等,帮助实现整个锂电池管理过程中的状态监控、故障诊断和充放电管理。
ADC是电力设备必备产品
1974年,世界上首个ADC芯片由IBM的M. Klein所推出,至今已有近50年的历史。ADC主要作用是将真实世界产生的如温度、压力、声音、指纹或者图像等模拟信号转换成更容易处理的数字形式。
模拟信号经过带限滤波、采样保持电路,成为梯形信号,再经过编码器,使梯形信号中的每一级都变成二进制码。最后,模拟量被转换成数字量,然后传送到CPU。也就是说,几乎所有的通电数据都需要经过ADC转换。
与ADC相对的还有DAC,主要作用是将数字信号调制成模拟信号,从应用需求来看,ADC总需求更高,占比接近80%。
市场中,目前的主导企业主要为ADI、TI、瑞萨等,国内的企业如圣邦微、芯海、必易微、晶华微、芯佰微、迅芯微、治精微、类比、智毅聚芯等。
ADC芯片的工作原理是将模拟信号转化为数字信号,需要经过采样、保持、量化和编程四个阶段。根据不同的处理方式,ADC芯片的结构及其应用场景有很多种,例如Flash结构、Half-Flash结构、折叠型(Folding)结构、Σ-Δ(Sigma-Delta)结构、逐次逼近型(SAR)结构、流水型(Pipelined)等,储能电源中主要使用的便是Σ-ΔADC。
有意思的是,尽管ADC芯片已经发展了近半个世纪,但ADC/DAC芯片产业更新迭代的速度要比普通的芯片更快,大概是以4-6年为一个周期。
据Statista统计,2022年ADC芯片市场规模约为29.3亿美元,同比增长6.55%,预计到2027年全球ADC芯片市场规模将达到40.9亿美元,2022-2027年均复合增速为6.90%。
储能电源中关键的ADC
ADC芯片在储能电源中扮演着重要的角色,主要用于电池的监测和管理。在电化学储能系统中,BMS(电池管理系统)是至关重要的部分,它需要实时监测电池的状态,如电压、电流和温度等,并通过特定的算法对电池的SOC(State of Charge,充电状态)和SOH(State of Health,健康状态)等关键参数进行估计。
为了实现高精度的电池状态估计和有效的电池管理,ADC芯片将模拟信号转换为数字信号供给BMS使用。这样,MCU就可以根据这些精确的数字信号数据对电池进行适当的管理和控制,以确保电池的安全和有效运行。
例如,当电池的温度升高或者电流过大时,MCU可以通过ADC芯片获取到这些信息,并及时采取相应的措施来防止电池出现过热或者过充的情况,从而保护电池的使用寿命和安全。
从工作原理来看,ADC是将模拟信号转换为数字信号。这个过程通常包括采样、保持、量化和编码四个步骤。
ADC通过采样-保持电路,将输入的模拟信号进行取样,即选取信号的一个时间点或者一小段时间内的电平作为样本。在取样后,ADC会保持这个样本值不变,直到下一次取样。
随后ADC会将取样后的模拟信号转换为数字信号,这个过程包括将模拟信号的幅度进行数字化,通常采用二进制表示。最后,ADC将量化后的数字信号进行编码,将其转换成二进制代码,以便于计算机或者其他数字系统进行处理和识别。
ADC芯片的核心原理是将模拟信号转换为数字信号,而这个转换的过程是通过比较和转换实现的。在比较过程中,ADC将输入模拟信号与一个参考模拟量进行比较,得到一个相对的数字值。而转换则是将这个相对的数字值转换成真正的二进制数值。
不同类型的ADC芯片有不同的实现方式和工作原理,如逐次逼近型ADC、Σ-Δ型ADC等。其中,逐次逼近型ADC采用逐次比较的方法,将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经过多次比较而输出数字值。Σ-Δ型ADC则以很低的采样分辨率和很高的采样速率将模拟信号数字化,通过使用过采样、噪声整形和数字滤波等方法增加有效分辨率,然后对ADC输出进行采样抽取处理以降低有效采样速率。
小结
在储能电源中,ADC的作用主要是进行高精度数模转换,实现模拟信号到数字信号的转换。在储能系统中,ADC广泛应用于电信号的检测,如电池包电压和电流/绝缘电阻、接触器端电压、继电器粘连检测、充电检测等,帮助实现整个锂电池管理过程中的状态监控、故障诊断和充放电管理。
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