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案例分析:BMS某隔離電源輸出振蕩問題以及解決方案

2022/05/13
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五一還是沒能回成老家,是由于疫情的原因,然后五天假期里加了三天班,在家呆了兩天;發(fā)現(xiàn)在家呆著反而更累,因?yàn)樽飨⒉灰?guī)律,躺在床上就想刷手機(jī),休息不好也玩不好。

 

今天介紹一個(gè)關(guān)于隔離電源LT8301的應(yīng)用案例。(圖片來自于ADI官網(wǎng))

在BMS上面存在一些場(chǎng)合,需要使用到隔離電源,主要用于高壓供電或低壓供電,例如MODEL3控制板上面的隔離電源(如下圖):這個(gè)電源從高壓電池端取電,隔離輸出給低壓電路供電。

當(dāng)然,隔離電源的具體方案有很多,例如B公司在高壓檢測(cè)板上面使用的SN6501芯片,就是比較常見的方案,C公司也見過使用這個(gè)方案。

應(yīng)用電路大概如下圖(來自于TI官網(wǎng)),這個(gè)電源驅(qū)動(dòng)芯片組成的是推挽電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),外圍電路很簡(jiǎn)單。

 

我現(xiàn)實(shí)中使用的是ADI的LT8301方案(下圖來源于ADI官網(wǎng)),下圖為ADI的DEMO實(shí)物圖,這個(gè)芯片可以實(shí)現(xiàn)很寬的電壓范圍輸入。

ADI原廠的DEMO原理圖如下,它是反激的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),外圍電路相對(duì)也比較簡(jiǎn)單,使用原邊反饋的方式省去了光耦等器件,并帶有欠壓關(guān)斷功能。

使用此電路在實(shí)際的應(yīng)用中遇到了這樣一個(gè)問題:就是當(dāng)輸入電壓比較低、負(fù)載比較大的時(shí)候,在電源上電啟動(dòng)時(shí),輸出的電壓會(huì)出現(xiàn)振蕩一段時(shí)間然后才穩(wěn)定的情況,有時(shí)嚴(yán)重可能會(huì)一直振蕩而不會(huì)達(dá)到穩(wěn)定。

實(shí)際復(fù)現(xiàn)一下,測(cè)試電路與DEMO板電路相似,LT8301的EN引腳使用兩個(gè)電阻分壓,輸出端未加負(fù)載時(shí),此時(shí)上電波形如下圖所示:VOUT上電波形是單調(diào)遞增的,無振蕩回溝現(xiàn)象。

然后我們不斷增大VOUT上面的負(fù)載,在某個(gè)負(fù)載下,其上電波形變成了下圖:發(fā)現(xiàn)VOUT輸出波形在上電過程中出現(xiàn)了振蕩的情況;電源輸出在上電過程中要避免出現(xiàn)這種情況,一般要求波形是單調(diào)遞增的,這樣其后面被供電的芯片在初始化過程中可以避免出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤的情況。

將上圖VOUT振蕩區(qū)域放大,如下圖:會(huì)發(fā)現(xiàn)在VOUT振蕩時(shí),VIN與EN在上升過程中也同頻率在振蕩,其中EN引腳在其門限電壓(1.228V)上下波動(dòng);所以造成VOUT振蕩的原因就是EN引腳在反復(fù)地重啟LT8301,而EN的振蕩是由于VIN電壓在波動(dòng);最后VIN波動(dòng)是因?yàn)閂IN在上升過程中,VOUT端的負(fù)載太大,造成供電線路上的壓降增大,導(dǎo)致LT8301供電引腳處的VIN降低。

所以一種有效的解決辦法是在EN引腳對(duì)地加一個(gè)電容,使LT8301更晚地使能,而且EN引腳的電壓波動(dòng)幅值也會(huì)減小,同時(shí)VIN也可以繼續(xù)增大達(dá)到更接近穩(wěn)定值;下圖為EN引腳對(duì)地加了一個(gè)1uF電容后的上電測(cè)試情況,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)VOUT輸出的振蕩就消失了。

LT8301正常工作受到兩個(gè)因素影響,一個(gè)是輸入電壓VIN的大小,另一個(gè)是EN引腳電平大小,只有兩個(gè)都超過門限電平后才進(jìn)入正常的工作模式;如果把DEMO里面EN的下拉電阻R2去掉,只剩下上拉電阻R1,EN引腳對(duì)地?zé)o電容,此時(shí)的上電波形如下圖:VOUT輸出波形同樣會(huì)發(fā)生振蕩,但此時(shí)與EN就無關(guān)了,而是VIN在工作門限電壓波動(dòng)導(dǎo)致的。

總結(jié):

這個(gè)案例是一個(gè)通用的案例,不僅僅限于LT8301應(yīng)用,類似的電源應(yīng)用大家可能都會(huì)遇到同樣的問題;以上所有,僅供參考。

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公眾號(hào)“新能源BMS”主筆,從事新能源汽車電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作,具體為BMS硬件設(shè)計(jì)工作將近10年,在幾個(gè)大的主機(jī)廠都工作過;希望通過文字,把一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)分享給大家,共同成長(zhǎng)。