信號(hào)鏈

由于電池測(cè)試設(shè)備要求輸出電壓電流精度較高，特別是動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)，這就需要我們弄清每一級(jí)信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)。典型框圖如圖1所示，由于第一級(jí)信號(hào)放大倍數(shù)在50～100范圍，分流電阻壓降較小，微伏級(jí)別的電壓變化都會(huì)造成萬(wàn)分位的誤差。

圖1 電壓環(huán)與電流環(huán)

第一級(jí)信號(hào)放大

輸入偏置電壓造成的的直流誤差在設(shè)備最后校準(zhǔn)工序中可以消除掉，但是根據(jù)溫度，輸入輸出條件而變化的誤差卻很難通過(guò)線性校準(zhǔn)消除掉，第一級(jí)主要影響因素有：

1． 放大器的Input voltage offset drift

一般根據(jù)設(shè)備的溫升值，選取合適的取值范圍，通常應(yīng)用場(chǎng)景如表一所示：

表1：典型應(yīng)用環(huán)境

電流檢測(cè)采用儀表放大器INA821：溫漂0．4 ＆micro；V／°C

可以得知最大電流時(shí)，分流電阻壓降60mV，溫漂帶來(lái)的INA821輸出漂移為0．4＊50＝20 ＆micro；V，此時(shí)誤差為0．0333％，實(shí)際電路板的溫升低于50℃，因此INA821在實(shí)際使用中也絕對(duì)占據(jù)較好的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也可以選型零溫漂器件如INA188。

2． 放大器的共模抑制比CMRR

在高精度的電池測(cè)試設(shè)備中通常使用具有良好噪聲環(huán)境高可靠性的高側(cè)電流檢測(cè)方法，由于共模電壓較高，需要使用共模抑制比較高的放大器。首先，共模抑制比可以表示為

Ad為共模增益，Acm為差模增益，共模抑制比帶來(lái)的誤差可以表示為

Vin＿cm輸入共模電壓，Vin＿d為輸入差模電壓，共模誤差似乎是一個(gè)可以被校準(zhǔn)的誤差，當(dāng)共模電壓不變時(shí)，這的確可以被軟件校準(zhǔn)抵消掉，而由于實(shí)際的分容電池電壓是從0V增長(zhǎng)到滿電4．2V，此時(shí)共模電壓隨著充放電時(shí)間而變化，那么共模誤差將會(huì)成為不可校準(zhǔn)的誤差了，此時(shí)需要選用CMRR較高的器件。在增益100倍時(shí)，根據(jù)式（1）（2）給出幾種不同器件CMRR帶來(lái)的誤差：

3． 其他因素

其他無(wú)源器件的選擇上如分流器等，也有采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒梢越?a target="_blank">低溫漂帶來(lái)的誤差，這里不做贅述。

當(dāng)然也有存在一些廠家通過(guò)實(shí)現(xiàn)多段擬合的方法盡量降低校準(zhǔn)時(shí)的非線性誤差，但是由于批量生產(chǎn)時(shí)的一致性問(wèn)題，這需要很大的工作量通過(guò)批量的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，找出具有普適性的溫漂多段校準(zhǔn)折線，但是如果因?yàn)橐恢滦缘膯?wèn)題也容易導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)擬合誤差。

第二級(jí)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)

補(bǔ)償器中運(yùn)算放大器這一級(jí)的增益10倍以內(nèi)，補(bǔ)償器的輸出電壓在1V以上，通常運(yùn)放的噪聲以及溫漂都在微伏級(jí)別，造成的誤差也只是十萬(wàn)分位的差值。由于電池測(cè)試設(shè)備所需要的輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)不高，因此補(bǔ)償器參數(shù)的設(shè)計(jì)只需要保證良好的穩(wěn)態(tài)特性即—充足的相位裕度，較大補(bǔ)償器的直流增益。

電流指令給定與數(shù)據(jù)采集

小電流電池測(cè)試設(shè)備只需要一兩片ADC與DAC可以解決整機(jī)的電流指令的傳輸與信息的采集，采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，多MUX的方案可以實(shí)現(xiàn)主控板ADC或DAC與測(cè)試通道1：128或者1：256的用量。

圖2 MUX ＆ ADC采樣電路

由于前面提到系統(tǒng)軟件校準(zhǔn)技術(shù)，因此誤差主要來(lái)源于ADC非線性誤差I(lǐng)NL，溫漂，以及考慮在小電流電池測(cè)試設(shè)備中，讀取系統(tǒng)中所有通道的電壓電流值的時(shí)間可以為秒的量級(jí)，因此需求的采樣率不需要很快，但是為了滿足千分之一的電流精度，需要bit位12bit以上的成本敏感型ADC，如：

而大電流電池檢測(cè)設(shè)備中，目前市面上新出廠的設(shè)備可達(dá)0．02％，那么需要ADC精度較高，且每通道采樣率大于1kHz，提高系統(tǒng)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范圍，同時(shí)保證了從儀表放大器到ADC檢測(cè)所有信號(hào)鏈中的參考均為地。采樣速率低于100kHz時(shí)，delta－sigma的ADC較為常見(jiàn)使用：建議采用ADS131M08

審核編輯：符乾江