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[FAQ] [参考译文] [常见问题解答] ADS131B26-Q1:如何计算 BMS (电池管理系统)电流分流测量可实现的精度和分辨率?

Guru**** 1129500 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS131B26-Q1
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1214836/faq-ads131b26-q1-how-do-i-calculate-the-achievable-accuracy-and-resolution-for-my-bms-battery-management-system-current-shunt-measurement

器件型号:ADS131B26-Q1

您好!

我正在使用电池包监测器 ADS131B26-Q1开发电池管理系统(BMS)。
我需要使用具有极高精度和分辨率的分流电阻器来测量电池组电流。

我的要求如下:

  • 分流电阻值:50μOhm Ω
  • 更新速率:1ms
  • 分辨率:1mA
  • 噪音:20mARMS
  • 测量范围0A 至30A:偏移误差≤30mA
  • 测量范围30A 至1000A:失调电压误差≤30mA、相对误差≤0.1%(不包括分流器误差)
  • 温度范围:-20°C 至+60°C

您能帮助我分析 ADS131B26-Q1是否满足这些要求吗?

此致、
Joachim Wuerker

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好!

    若要进行高级评估以查看 ADS131B26-Q1是否能够满足您的电流分流测量精度和分辨率要求、您只需查看 ADC1y 器件数据表中的以下参数(y = A 或 B):

    • 偏移误差、偏移漂移
    • 增益误差、增益漂移(包括误差和内部电压基准的漂移)
    • 输入参考噪声

    首先、您需要确定对 ADC1y 使用哪种增益。
    ADC1y 提供一个满量程范围 FSR =±VREFy / GAIN1y。
    在通过分流器的最大电流下、ADC1y 输入将看到最大的差分输入信号(VADC1y_IN)。
    VADC1y_in (最大值)= 1000A×50μOhm = 50mV
    这意味着、此应用中可使用的最大增益为16、从而产生 FSR =±1.25V / 16 =±78mV。

    接下来、您可以计算所谓的 LSB (最低有效位)大小。
    LSB 大小告诉您、要通过一个代码更改 ADC 输出、需要更改输入信号的变化量。
    LSB =(2×VREFy)/(GAIN1y ×224)=(2×1.25V)/(16×224)= 9.3nV
    您可以将该数字转换为通过分流电阻的电流需要变化多少、以便通过将 LSB 大小除以分流电阻值:9.3nV/ 50μOhm = 0.19mA 来更改一个代码的 ADC 输出
    这意味着 ADC1y 的每个代码都表示通过分流器的电流变化0.19mA。 这符合1mA 分辨率要求。

    LSB 大小是 ADC 理论上可以解析的最小信号。 但是、实际测量性能受到 ADC 噪声的限制。
    如果您在数据表的噪声表中查找 ADC1y 的输入相关噪声、即增益= 16、数据速率为1kSPS、即0.65μVRMS μ V、则您会意识到噪声比 LSB 大小9.3nV 大得多。
    这意味着、在施加无噪声直流输入信号时、ADC1y 的平均输出变化为(0.65μVRMS /9.3nV)= 70个代码。
    0.65μVRMS 将以 0.65μVRMS 50μOhm 为基准的噪声数除以分流电阻值:Δ V /Δ V = 13mARMS、您可以再次将 Δ I 转换为电流分流测量域
    13mARMS 的输入参考噪声可满足20mARMS 的噪声要求

    接下来、让我们看一下您的偏移误差要求。
    为了实现30mA 的失调电压误差、ADC 需要实现30mA×50μOhm = 1.5μV μ V 的以输入为基准的失调电压误差。
    这是一项非常苛刻的要求。 幸运的是、ADS131B26-Q1能够实现如此低的失调电压误差。
    原则上、可以通过两种方法来使用 ADS131B26-Q1实现如此低的失调电压误差:

    • 实施 ADC1y 的定期自偏移校准
    • 利用 ADC1y 的全局斩波模式

    在本次讨论中、我将使用全局斩波模式、因为它不需要主机和器件之间进行任何特殊交互、也不会中断电流测量。
    启用全局斩波模式后、ADC1y 指定温度范围内的失调误差为1.5μV μ V (最大值)、这与您的要求完全匹配。
    如数据表中所述、使用全局斩波模式的一个缺点是、它将有效输出数据速率降低了~3倍。 这意味着、为了仍实现1ms 的更新速率、您需要将 ADC1y 的 OSR1y 设置从4096降低到1024。

    最后、您需要检查 ADS131B26-Q1是否可以满足0.1%的相对误差要求(不包括分流电阻器引入的误差)。
    在大多数常见的 BMS 中、至少在生产线末端的室温下执行增益误差校准。 出于这一原因、我假设 ADC 的初始增益误差校准为0%。 那么、在这种情况下、您只需要考虑 ADC 的增益漂移。
    ADS131B26-Q1数据表中的20ppm/°C (最大值)增益漂移规格包括集成在器件中的完整信号链(即增益级、ADC 和电压基准)的增益漂移。
    20ppm/°C 的增益漂移会在您的额定温度范围内引入增益误差:
    GE =(25°C -(-20°C))×20ppm/°C = 0.09%

    总体而言、ADS131B26-Q1似乎能够满足您的严苛要求。

    此致、
    Joachim Wuerker