新能源汽车BMS 学习笔记篇—AFE 菊花链通信中电容隔离 & 电感隔离的使用

在汽车高压BMS系统中,通常采用 CAN 总线或菊花链((Daisy Chain)架构。菊花链架构通过串行连接每个节点,通常只需要两条信号线穿过所有节点。相比之下,CAN总线通常需要多个并行连接到总线上,布线复杂度和成本都更高;且在菊花链架构中,添加新的节点(如电池管理单元)只需将其插入现有链路中,这使得系统扩展变得更加简单和灵活。

由于菊花链通信方式具有其特定的优势,目前 NXP/ADI/TI 等原厂的 AFE 芯片普遍都支持菊花链通信。在菊花链通信架构中,隔离是为了保护系统免受高压和噪声的影响,同时确保信号的完整性和系统的安全性。常见的隔离方式包括电容隔离、电感隔离、光隔离和数字隔离。

以下介绍目前AFE 在菊花链通信中常用的两种隔离方式---电容隔离和电感隔离的选择和使用。

通常板内 AFE 之间采用电容隔离,板间 AFE 之间采用电感隔离,如下图所示

这两种隔离方式各自的优缺点和适用场景如下:

板内 AFE 之间采用电容隔离的原因:

  1. 高频特性好:电容隔离在高频信号传输中具有低阻抗特性,适用于高速数据通信。
  2. 成本较低:电容器相对于电感器而言,成本较低且易于集成在电路板上。
  3. 尺寸较小:电容器体积小,适合密集的电路布局。
  4. 传输速度快:电容隔离适用于需要快速响应和低延迟的信号传输。

电容隔离通常用于短距离、高频率的数据传输,比如在同一块电路板上的不同 AFE 芯片之间。这种隔离方式能够有效地防止高频信号干扰,并保证信号的完整性。

板间 AFE 之间采用电感隔离的原因:

  1. 抗干扰能力强:电感隔离(如变压器隔离)对共模噪声的抑制能力强,适合用于长距离、低频率的信号传输。
  2. 耐高压:电感隔离能够承受较高的电压差,适用于不同板之间需要高电压隔离的场景。
  3. 功率传输:电感隔离不仅可以用于信号隔离,还可以用于电力传输,这是电容隔离无法实现的。

板间的 AFE 通常需要跨越较大的物理距离,且可能涉及到不同的电位基准,这时电感隔离的优点就显现出来了。电感隔离能够在长距离传输中有效抑制噪声,并且能够处理更高的电压差,保证系统的安全性和可靠性。

总结:

  • 电容隔离:适用于短距离、高频率、低成本、空间受限的信号传输,如同一电路板上的 AFE 之间。
  • 电感隔离:适用于长距离、低频率、抗干扰、高压差的信号和电力传输,如不同电路板之间的 AFE 之间。

因此,根据具体的应用需求和场景特点,选择合适的隔离方式能够优化 BMS 系统的性能和可靠性。

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