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					金湖辛德瑞自動(dòng)化設(shè)備有限公司>>技術(shù)文章>>電源測(cè)試必知必會(huì) —— 信號(hào)鏈
            
			
            
			
		
            
		
            
            
            




	    		
            
	    			
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             電源測(cè)試必知必會(huì) —— 信號(hào)鏈
            
					
            
						閱讀：1126        發(fā)布時(shí)間：2020-10-10
					
            
					
            
						   
            • 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)

              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(xiàn)性校準(zhǔn)消除掉，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(mǎn)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梢越档蜏仄瘞?lái)的誤差，這里不做贅述。

              當(dāng)然也有存在一些廠(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)，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?xún)?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(xiàn)性誤差 INL，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(mǎn)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(chǎng)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

               
            
					
            
                    					
            
						
						
					
            
				
            
			
            	   
      
            
      





            
    

            

    
            
        
            
            
            
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