高压储能模拟芯片盘点(隔离，CAN，DCDC，ADC)

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储能系统及储能芯片系列第13篇；

储能系统及储能芯片系列

储能系统是一个复杂应用，里面除了MCU和AFE外，还有很多的芯片，包括电源，隔离，通信，ADC，运放 (OPA/PGA)等，如下是模拟巨头德州仪器针对电化学储能的应用框图；

这篇文章，和大家盘点下储能系统里面的模拟芯片；文章配图摘自网络，侵权删除；

高精度数模转换芯片 ADC
通信芯片 CAN收发器
隔离芯片
电源芯片
运算放大器

1. 高精度数模转换芯片 ADC

在典型的BMS系统中包含CSU(电芯监控)/BMU(电池管理)和BJB(接线盒)等单元，除了电芯电压监控以外，在整个电池包系统里，需要检测电池包电压和电流/绝缘电阻、接触器端电压、继电器粘连检测、充电检测等多个电信号检测来实现整个锂电池管理过程中的状态监控、故障诊断和充放电管理。

在储能系统里，Σ-Δ ADC扮演着重要角色。以绝缘电阻检测为例，在汽车系统中，乘客与车身地直接接触，而车身地与高压电池组的回路是隔离的，这样可以为了防止人员触电。但是电动车在使用过程中，会出现诸如碰撞、零部件老化等情况，使整车高压电池系统与车身地之间的绝缘出现异常形成漏电回路，如果被人接触到会危害人的生命安全，情况严重时漏电回路产生的热积累效应将造成车辆燃烧起火，所以动力电池的绝缘电阻检测非常重要。Σ-Δ ADC通过K1、K2、K3开关的切换，实现对电池组总压和分压电阻R2和R4上的电压量测，从而计算出Pack+对地电阻Rx 和Pack-对地电阻Ry，如下图。

此外，在对于电压电流检测有较高精度要求的储能系统里，Σ-Δ ADC配合高精度检测电阻可以实现稳定的高精度电压电流测量。

类比半导体基于SemiDig™平台开发的Σ-Δ ADC模数转换芯片系列产品，覆盖了16bits~32bits分辨率，数据输出速率860SPS~128kSPS，目前已有60余款型号实现量产，包含低功耗、微噪声、高线性度、多通道等不同特色的产品，可广泛应用于不同精度的系统需求，满足目前市面上大部分高精度ADC的需求。

ADX1xx 系列产品内部集成了低温漂参考源、可编程增益放大器、数字比较器和时钟源，采用2.0V至5.5V的电压范围供电，数据输出速率可通过内部寄存器调节，内部的可调增益放大器可以接收从±256mV至±6.144V的模拟信号输入，其最小分辨7.8125uV，内部的多路选择器可以配置成接受2对差分或者4个单端模拟信号输入。

在前述的储能系统中，ADX1xx系列产品所具有的16~20bits分辨率和最高7kSPS的数据输出速率，可以满足大部分电压电流的检测精度要求，支持两组差分输入或者四个单端输入来实现BMS系统里多个矢量点的检测，同时支持菊花链通讯，在需要多个ADC进行检测时可以大幅减少通讯走线。

2. 通信芯片 CAN收发器

川土微电子是一家围绕于模拟芯片设计研发的科技企业，该企业产品涵盖了隔离器件、接口器件和高性能模拟器件，主要应用于工业控制、电源能源、仪器仪表、通信网络、汽车电子等领域。

CA-IF1051HS是一款支持CAN FD协议的高速CAN收发器，同时支持CAN和CAN FD两种协议，最高传输速率达5Mbps，在有负载的CAN网络中可实现更快的数据传输速率。该器件在未上电时总线于逻辑引脚处于高阻态，在上电后总线与RXD输出脉冲无毛刺。CA-IF1051HS可应用于30V的工作电网中，耐温在－55℃至150℃之间，可轻松应对一般的工作环境温度，应用场景广。该器件集成了总线故障保护、VCC Pin保护、过热保护等保护功能。

致远电子致力于工业互联网技术研发，总线技术经验丰富。9月13日发布了SM系列全隔离型CAN收发器，这款收发器结合了致远电子深耕了20年的总线隔离技术和SiP工艺，具有性能优异、集成度高等特点。

SM1500 CAN收发器是致远电子新推出的一款集成了CAN收发电路、电源隔离、信号隔离的全隔离型CAN 收发器。

SM1500 CAN收发器支持CAN FD协议，实现输出速率40k~5Mbps的覆盖，可同时与110个节点相互连接提高总线覆盖率。这款芯片具有电压兼容性强的特点，可与3.3V或5V的MCU直连，隔离耐压值高达3500V。CAN收发器在工作状态时其他未上电的节点不会对总线造成影响，还具有低电磁辐射和渐高的抗电磁干扰的特性。SM1500耐温值在－40℃~125℃之间，有较宽的工作温度范围，可应用于汽车电子、工业控制、智能家居等多个领域。SM1500采用了12.45mm*9.85mm*3.00mm的DFN20封装。

3. 隔离芯片

纳芯微是国内隔离的龙头，17年推出第一代数字隔离，19年推出第二代即增强型的数字隔离，同年推出隔离电源，是国内首家推出片上变压器。20年出的隔离ADC/隔离运放都是都是基于之前的做的增强型隔离，21年陆续量产车规级隔离芯片。今年在车规的布局主要是隔离接口。

BMS是新能源汽车电池包的心脏，对整个电池包进行监控、均衡和控制功能。纳芯微主要布局了隔离采样、数字隔离、非隔离接口、对继电器控制端的高低边开关，这种是多通道的高低边开关，去配合主继电器/预充继电器/快充继电器的控制。此外也有电池包失控压力检测，用到继承算法的压力传感器。在绝缘检测，我们也在研发替换photo mos的固态继电器。整个电池包架构会有前端模拟采样、变压器隔离，SPI通信会有多通道ADC进行电压、电流和温度采样，一般是四通道。在对外通信隔离，用到CAN隔离。

4. 电源芯片

矽力杰号称业内小TI，可提供高可靠性的电源模块，AC/DC稳压器，DC/DC转换芯片，如下是矽力杰针对储能PCS里面的电源及整体方案，在储能BMS电源方案应该是同样使用

5. 运算放大器

电流采样部分，感觉目前还是有点模糊，有分流器采样，也有霍尔采样；我印象中因为对电流精度要求高，高压储能是分流器方案+隔离运放采样+高精度ADC的方案.... 欢迎朋友指正；

类比推出具有增强型PWM抑制功能的电流检测放大器CSA24x 系列，用于在独立于电源电压的-6V至80V的宽共模电压范围内检测分流电阻器两端的压降。CSA24x 系列产品适合于高边和低边电流采样，并通过对这些系统中的母线、相线进行高精度采样来帮助系统实现精准的电流控制。

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