初步探討B(tài)MS采樣板的熱插拔知識(shí)

個(gè)人認(rèn)為 BMS 硬件設(shè)計(jì)有兩個(gè)難題，一是絕緣檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，另外一個(gè)就是 AFE 的防護(hù)設(shè)計(jì)。熱插拔也是 AFE 防護(hù)設(shè)計(jì)需要考慮的一種場(chǎng)景，今天就總結(jié)下熱插拔的相關(guān)知識(shí)。

之前有經(jīng)歷過(guò)在模組上拔插采樣板的時(shí)候，第一次沒(méi)啥問(wèn)題，第二次采樣板就冒煙了，當(dāng)時(shí)心情很復(fù)雜。

定義：
熱插拔（Hot PlugHot Swap），即帶電插拔，指的是在不關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，將模塊、板卡插入或拔出系統(tǒng)；我們的目的是在熱插拔的場(chǎng)景下，不會(huì)損壞單板硬件。這個(gè)概念最早來(lái)自于服務(wù)器領(lǐng)域，很多板卡、背板都是要滿(mǎn)足熱插拔測(cè)試的。

BMS 里面更讓人關(guān)注的是采樣板 AFE 處的熱插拔情況，類(lèi)似下圖這種場(chǎng)景，把單體電壓、溫度采樣的連接器與采樣板進(jìn)行插拔時(shí)，要求不能損壞采樣板器件。

損壞機(jī)理：
熱插拔損壞機(jī)理主要就是器件過(guò)功率，可能是過(guò)流、也可能是過(guò)壓。

一般 AFE 的采樣端口處都會(huì)放置 RC 濾波，而且電容 C 又可能是共模電容或差模電容；如下圖中，當(dāng)插入連接器時(shí)，在電容 C40 上可能會(huì)存在這樣的一個(gè)電流路徑，對(duì)電容進(jìn)行充電，那么就有可能超出前面的 R75 的功率限制，進(jìn)一步可能燒毀 R75。

上圖的電流路徑走的是 AFE 外部，當(dāng)然也會(huì)有走內(nèi)部的情況；由于連接器插入時(shí)，引腳的順序是不固定的，那么就可能存在下圖中的場(chǎng)景，電流通過(guò) AFE 內(nèi)部寄生二極管形成了一個(gè)不尋常的充電路徑，這樣也可能會(huì)損壞 AFE。

也有這樣的情況，由于兩個(gè)引腳的上電順序不一致，可能在兩個(gè)引腳之間存在一個(gè)壓差，導(dǎo)致內(nèi)部的保護(hù)二極管動(dòng)作，也有可能這個(gè)能量超出其承受能力，造成 AFE 損壞，如下圖示意。

還有就是模組上面采樣線如果采用 FPC，那么 FPC 上面的走線保險(xiǎn)絲也是容易被熱插拔損壞的地方。

上面的幾種情況只是一個(gè)示例，如果真發(fā)生熱插拔損壞，其實(shí)真的很難定位問(wèn)題。因?yàn)?AFE 內(nèi)部設(shè)計(jì)的電路對(duì)我們來(lái)講差不多是一個(gè)黑盒，我們可以通過(guò)芯片手冊(cè)來(lái)猜測(cè)一些損壞機(jī)理，但完全搞清楚比較難。

對(duì)此，首先要按照廠家推薦的外部 RC 參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，它們一般是做過(guò)熱插拔測(cè)試的，如果做更改，要和它們確認(rèn)好可行性；另外如果出了問(wèn)題，還是要找原廠來(lái)幫助解決分析問(wèn)題，自己容易走進(jìn)死胡同。

目前從應(yīng)用來(lái)看，各家使用內(nèi)部均衡確實(shí)是一個(gè)趨勢(shì)，下圖為內(nèi)部均衡示意圖（來(lái)源 ADI 官網(wǎng)），但是內(nèi)部均衡相對(duì)外部均衡來(lái)講，引腳處防護(hù)確實(shí)有點(diǎn)弱；我遇到過(guò)實(shí)際的問(wèn)題，而且不是某一家的問(wèn)題，是個(gè)通用的問(wèn)題。

熱插拔試驗(yàn)設(shè)計(jì)：
一般采用下圖的配置來(lái)搭建熱插拔測(cè)試臺(tái)架，通過(guò)繼電器的時(shí)序控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬每一條采樣線的連接組合，從全 0 到全 1 的模擬。

試驗(yàn)的幾個(gè)注意點(diǎn)：每種工況的次數(shù)最好在 5 次以上，試驗(yàn)時(shí)單體電壓不要太低，還有就是試驗(yàn)線束盡量短，模擬器輸出電流不要限流等。

除了上面的測(cè)試外，我強(qiáng)烈推薦在真實(shí)項(xiàng)目的模組上手動(dòng)來(lái)做熱拔插測(cè)試，因?yàn)槎哒娴牟灰粯印?/p>

總結(jié)：
今天看到新聞?wù)f ADI 收購(gòu)了美信，那么后續(xù)兩家的 AFE 產(chǎn)品該怎么發(fā)展也是一個(gè)有趣的問(wèn)題，會(huì)不會(huì)整合兩家的優(yōu)點(diǎn)，推出一個(gè)黑科技出來(lái)，讓別人無(wú)路可走；以上所有，僅供參考。