電池管理應用中精確測量和溫度穩定的重要性
如上所述,在小電流的情況下,造成電流測量誤差的最大原因是電流測量ADC中的偏移量,而目前已經有好幾種技術可減小這種偏移量。其中,最常用的技術是在受控環境中對偏移量進行測量,然后在每一次的測量值中都減去該偏移量。但這種方法有一個弱點,就是沒有考慮到偏移量的漂移。圖1顯示了把該技術用于一定數量的部件之后的殘余偏移量。愛特梅爾的電池管理單元采用的是一種更好的方法,而ATmega16HVA所 通過周期性改變電流測量的極性來抵償偏移量就是一例。雖然利用這方法仍會殘余極小但恒定的偏移量,不過,這個很小的殘余偏移量只需在保護FET開路之前進行測量,并通過電池組提供一個已知電流,就可以除去。如圖2所示,利用這種方法可以顯著減小偏移量,而愛特梅爾BMU中偏移量漂移引起的殘余誤差更低于量子化級。消除偏移量的好處在于能夠精確測量很小的電流,而對于偏移量大的器件,就得在某一點上停止電流測量,轉而開始預測電流。有些BMU采用5mΩ的感測電阻,提供高達100mA的鎖定零區或死區。以筆記本電腦為例,這可是很可觀的電流量,足以保持某個工作模式非常長的時間了。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/181105.htm
圖2 使用愛特梅爾的偏移消除技術之后的殘余偏移量
精確測量小電流
對于給定大小的感測電阻,電流測量ADC的偏移誤差每每限制了其能夠測量的最小電流級,致使在低感測電阻值和所需死區(這里因為電流級太低,無法集聚電荷流)之間必須進行大幅折中。最近,大多數設備制造商都在尋找降低耗電量,并盡可能保持低功耗模式的方法,使確保小電流獲得精確測量的技術變得愈發重要。
電流測量的度偏移
要精確測量μV數量級電壓本身就頗具挑戰性,而在芯片經受溫度變化時實現精確測量更是困難,因為即使是一部主要在室內工作的筆記本電腦,還是會經歷溫度變化。例如,在電池均衡管理期間,BMU內部的一個FET以最大功率消耗電池的能量,致使芯片溫度大幅上升。與偏移有關的許多參數都有較大的溫度偏移,如果不消除這些效應,將影響到測量精度。愛特梅爾的偏移校準方法已獲證明在考慮到溫度效應時也非常有效。如圖2所示,溫度效應被完全消除,從而確保偏移不再對測量精度造成影響。
帶隙基準電壓的特性及其對電壓測量的影響
帶隙基準電壓是獲得高精度結果的關鍵因素。來自固件預期值的實際基準電壓值偏差會轉化為測量結果的增益誤差,而在大多數情況下,這是電池電壓測量和大電流測量中最主要的誤差源。
標準帶隙基準電壓是由一個與絕對溫度成正比(PTAT)的電流和一個與絕對溫度成互補關系(CTAT)的電流兩部分相加組成,可提供不受溫度變化影響而且相對穩定的電流。這個電流流經電阻,形成不受溫度變化影響而且相對恒定的電壓。不過,由于CTAT的形狀是曲線,而PTAT是線性的,所以得到的電壓-溫度關系圖形也是曲線。
圖3 無曲率補償的帶隙結果
帶隙基準源中的電流級存在一定的生產差異(production variation),使得25℃時的基準額定值、曲率形狀和曲線最平坦部分的位置都會發生各種變化,因此需要進行工廠校準,以盡量減小這種變化的影響,圖3所示為一個未校準基準源帶來的變化實例。在-20~+85℃的溫度范圍內,最高差異為-0.9~0.20%。而圖3則顯示有兩個離群點的曲線跟大多數其他器件的曲線有相當大的差異。
圖4 帶曲率補償的帶隙
BM器件中常用的標準帶隙基準源針對額定變化被校準,在25℃時的精度極高。然而,曲率形狀和位置變化的補償也相當常見,這就產生與溫度變化有關的大幅變化,使得在高和低溫時電池電壓測量不夠精確。此外,也不可能檢測和顯示出曲線形狀顯著不同的離群點。
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