信號鏈

 

由於電池測試設備要求輸出電壓電流精度較高，特別是動力電池測試係統，這就需要我們弄清每一級信號調理環節。典型框圖如圖1所示，由於第一級信號放大倍數在50~100範圍
，分流電阻壓降較小，微伏級別的電壓變化都會造成萬分位的誤差。

 

 

圖1 電壓環與電流環

 

第一級信號放大

 

輸shu入ru偏pian置zhi電dian壓ya造zao成cheng的de的de直zhi流liu誤wu差cha在zai設she備bei最zui後hou校xiao準zhun工gong序xu中zhong可ke以yi消xiao除chu掉diao
，但dan是shi根gen據ju溫wen度du
，輸shu入ru輸shu出chu條tiao件jian而er變bian化hua的de誤wu差cha卻que很hen難nan通tong過guo線xian性xing校xiao準zhun消xiao除chu掉diao
，第di一yi級ji主zhu要yao影ying響xiang因yin素su有you：

 

1. 放大器的Input voltage offset drift

 

一般根據設備的溫升值，選取合適的取值範圍
，通常應用場景如表一所示：

 

表1：典型應用環境

 

電流檢測采用儀表放大器INA821：溫漂0.4 µV/°C

 

可以得知最大電流時
，分流電阻壓降60mV，溫漂帶來的INA821輸出漂移為0.4*50=20 µV，此時誤差為0.0333%，實際電路板的溫升低於50℃，因此INA821在實際使用中也絕對占據較好的優勢。同時也可以選型零溫漂器件如INA188。

 

2. 放大器的共模抑製比CMRR

 

zaigaojingdudedianchiceshishebeizhongtongchangshiyongjuyoulianghaozaoshenghuanjinggaokekaoxingdegaocedianliujiancefangfa
，youyugongmodianyajiaogao，xuyaoshiyonggongmoyizhibijiaogaodefangdaqi。shouxian，gongmoyizhibikeyibiaoshiwei

 

 

Ad為共模增益
，Acm為差模增益，共模抑製比帶來的誤差可以表示為

 

 

Vin_cm輸入共模電壓，Vin_dweishuruchamodianya

，gongmowuchasihushiyigekeyibeixiaozhundewucha
，danggongmodianyabubianshi，zhedequekeyibeiruanjianxiaozhundixiaodiao，eryouyushijidefenrongdianchidianyashicong0V增長到滿電4.2V
，此時共模電壓隨著充放電時間而變化
，那麼共模誤差將會成為不可校準的誤差了，此時需要選用CMRR較高的器件。在增益100倍時，根據式（1）（2）給出幾種不同器件CMRR帶來的誤差：

 

 

3. 其他因素

 

其他無源器件的選擇上如分流器等，也有采用溫度補償的方法可以降低溫漂帶來的誤差

，這裏不做贅述。

 

當dang然ran也ye有you存cun在zai一yi些xie廠chang家jia通tong過guo實shi現xian多duo段duan擬ni合he的de方fang法fa盡jin量liang降jiang低di校xiao準zhun時shi的de非fei線xian性xing誤wu差cha

，但dan是shi由you於yu批pi量liang生sheng產chan時shi的de一yi致zhi性xing問wen題ti，這zhe需xu要yao很hen大da的de工gong作zuo量liang通tong過guo批pi量liang的de數shu據ju校xiao驗yan
，找zhao出chu具ju有you普pu適shi性xing的de溫wen漂piao多duo段duan校xiao準zhun折zhe線xian
，但dan是shi如ru果guo因yin為wei一yi致zhi性xing的de問wen題ti也ye容rong易yi導dao致zhi出chu現xian過guo擬ni合he誤wu差cha。

 

第二級補償器的設計

 

補償器中運算放大器這一級的增益10倍以內，補償器的輸出電壓在1V以yi上shang

，通tong常chang運yun放fang的de噪zao聲sheng以yi及ji溫wen漂piao都dou在zai微wei伏fu級ji別bie
，造zao成cheng的de誤wu差cha也ye隻zhi是shi十shi萬wan分fen位wei的de差cha值zhi。由you於yu電dian池chi測ce試shi設she備bei所suo需xu要yao的de輸shu出chu動dong態tai響xiang應ying不bu高gao

，因yin此ci補bu償chang器qi參can數shu的de設she計ji隻zhi需xu要yao保bao證zheng良liang好hao的de穩wen態tai特te性xing即ji—充足的相位裕度
，較大補償器的直流增益。

 

電流指令給定與數據采集

 

小電流電池測試設備隻需要一兩片ADC與DAC可以解決整機的電流指令的傳輸與信息的采集，采用如圖2所示的結構，多MUX的方案可以實現主控板ADC或DAC與測試通道1:128或者1:256的用量。

 

圖2 MUX & ADC采樣電路

 

由於前麵提到係統軟件校準技術，因此誤差主要來源於ADC非線性誤差INL，溫漂，以及

 

考kao慮lv在zai小xiao電dian流liu電dian池chi測ce試shi設she備bei中zhong
，讀du取qu係xi統tong中zhong所suo有you通tong道dao的de電dian壓ya電dian流liu值zhi的de時shi間jian可ke以yi為wei秒miao的de量liang級ji
，因yin此ci需xu求qiu的de采cai樣yang率lv不bu需xu要yao很hen快kuai

，但dan是shi為wei了le滿man足zu千qian分fen之zhi一yi的de電dian流liu精jing度du
，需xu要yaobit位12bit以上的成本敏感型ADC，如：

 

 

而大電流電池檢測設備中
，目前市麵上新出廠的設備可達0.02%，那麼需要ADC精度較高，且每通道采樣率大於1kHz，提高係統的電壓電流值刷新率，允許雙極性差分輸入的ADC提供更寬的電流變化範圍，同時保證了從儀表放大器到ADC檢測所有信號鏈中的參考均為地。采樣速率低於100kHz時，delta-sigma的ADC較為常見使用：建議采用ADS131M08

 

 

參考文獻：

 

1.電池測試設備-參考設計及 產品

 

2.簡化電池測試設備中的電壓和電流測量

 

 

推薦閱讀：

 

線性調節器和開關模式電源的基本概念