电池管理应用中精确测量和温度稳定的重要性

作者：时间：2010-01-05 来源：网络收藏

如上所述，在小电流的情况下，造成电流测量误差的最大原因是电流测量ADC中的偏移量，而目前已经有好几种技术可减小这种偏移量。其中，最常用的技术是在受控环境中对偏移量进行测量，然后在每一次的测量值中都减去该偏移量。但这种方法有一个弱点，就是没有考虑到偏移量的漂移。图1显示了把该技术用于一定数量的部件之后的残余偏移量。爱特梅尔的电池管理单元采用的是一种更好的方法，而ATmega16HVA所通过周期性改变电流测量的极性来抵偿偏移量就是一例。虽然利用这方法仍会残余极小但恒定的偏移量，不过，这个很小的残余偏移量只需在保护FET开路之前进行测量，并通过电池组提供一个已知电流，就可以除去。如图2所示，利用这种方法可以显著减小偏移量，而爱特梅尔BMU中偏移量漂移引起的残余误差更低于量子化级。消除偏移量的好处在于能够精确测量很小的电流，而对于偏移量大的器件，就得在某一点上停止电流测量，转而开始预测电流。有些BMU采用5mΩ的感测电阻，提供高达100mA的锁定零区或死区。以笔记本电脑为例，这可是很可观的电流量，足以保持某个工作模式非常长的时间了。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/181105.htm

图2 使用爱特梅尔的偏移消除技术之后的残余偏移量

精确测量小电流
对于给定大小的感测电阻，电流测量ADC的偏移误差每每限制了其能够测量的最小电流级，致使在低感测电阻值和所需死区(这里因为电流级太低，无法集聚电荷流)之间必须进行大幅折中。最近，大多数设备制造商都在寻找降低耗电量，并尽可能保持低功耗模式的方法，使确保小电流获得精确测量的技术变得愈发重要。

电流测量的度偏移
要精确测量μV数量级电压本身就颇具挑战性，而在芯片经受温度变化时实现精确测量更是困难，因为即使是一部主要在室内工作的笔记本电脑，还是会经历温度变化。例如，在电池均衡管理期间，BMU内部的一个FET以最大功率消耗电池的能量，致使芯片温度大幅上升。与偏移有关的许多参数都有较大的温度偏移，如果不消除这些效应，将影响到测量精度。爱特梅尔的偏移校准方法已获证明在考虑到温度效应时也非常有效。如图2所示，温度效应被完全消除，从而确保偏移不再对测量精度造成影响。

带隙基准电压的特性及其对电压测量的影响
带隙基准电压是获得高精度结果的关键因素。来自固件预期值的实际基准电压值偏差会转化为测量结果的增益误差，而在大多数情况下，这是电池电压测量和大电流测量中最主要的误差源。
标准带隙基准电压是由一个与绝对温度成正比(PTAT)的电流和一个与绝对温度成互补关系(CTAT)的电流两部分相加组成，可提供不受温度变化影响而且相对稳定的电流。这个电流流经电阻，形成不受温度变化影响而且相对恒定的电压。不过，由于CTAT的形状是曲线，而PTAT是线性的，所以得到的电压-温度关系图形也是曲线。

图3 无曲率补偿的带隙结果

带隙基准源中的电流级存在一定的生产差异(production variation)，使得25℃时的基准额定值、曲率形状和曲线最平坦部分的位置都会发生各种变化，因此需要进行工厂校准，以尽量减小这种变化的影响，图3所示为一个未校准基准源带来的变化实例。在-20～+85℃的温度范围内，最高差异为-0.9～0.20%。而图3则显示有两个离群点的曲线跟大多数其他器件的曲线有相当大的差异。