為什么同樣一顆AFE，有的人一次成功，有的人卻問題不斷？很多人第一次設計BMS時都有一種錯覺就是，AFE不過就是一顆采集電池電壓、電流和溫度的芯片，只要按照參考原理圖把外圍電路照著畫出來，板子基本就能正常工作。但是當你真正做過BMS項目后才會發現，事情遠沒有這么簡單。
文末領取BMS電路設計資料合集！
同樣使用一顆AFE芯片，有的產品單體電壓誤差只有±2mV，而有的產品靜置幾個小時后，采樣誤差已經超過20mV；有的產品均衡工作穩定，而有的產品一開啟均衡，采樣值就開始跳動；有的產品能夠順利通過EMC測試，而有的產品一做ISO 7637脈沖測試就出現誤報警。
這些問題，很多時候并不是AFE芯片性能不夠，而是外圍電路設計沒有理解它背后的原理。以MP3718為例，這類AFE已經集成了高精度ADC、電流檢測、均衡控制、高邊MOS驅動、充電泵以及保護比較器等模塊，外圍電路設計直接決定了這些功能能否真正發揮出來。
AFE有哪些功能相信用過AFE的肯定比較熟悉了，接下來咱們就基于MPS的MP3718來重點分析四個最關鍵的外圍電路設計注意事項。
1.Cell采樣電路為什么幾乎都是100Ω+100nF？
打開任何一顆AFE的數據手冊，都會發現每一路Cell輸入前幾乎都有一組RC網絡。
很多人認為它只是ADC輸入濾波，實際上，它承擔了四項任務：
那為什么行業里幾乎都采用100Ω+100nF？這并不是經驗值，而是綜合采樣速度和濾波效果后的折中。假設ADC輸入采樣電容約30pF，串聯電阻100Ω，則AFE輸入端建立時間常數約為：
τ=R*C=100Ω*30pF=3ns
對于微秒級ADC采樣窗口來說幾乎可以忽略，不會影響轉換精度。真正決定濾波能力的是外部100nF電容，代入100Ω和100nF，其截止頻率可得：
fc≈15.9KHz
這意味著幾十千赫以上的開關噪聲已經開始明顯衰減，而電池本身變化速度極慢，因此不會影響電壓測量，你可千萬別為了濾得更干凈，把電容改成1μF，這會導致均衡結束后，Cell電壓恢復需要幾十毫秒，AFE采樣始終滯后，SOC計算反而出現誤差。所以RC網絡不是越大越好，而是在響應速度、抗干擾能力和采樣精度之間取得平衡。如果說Cell采樣影響SOC，那么電流采樣則直接關系到SOC計算、過流保護和庫侖計精度。舉個例子，如果電池的最大持續電流是200A，如果我們選擇的采樣電阻是200μΩ，那么滿載壓降只有40mV。AFE實際上測量的是這40mV，而不是200A，現在來看PCB，假設采樣電阻到AFE之間共用了約0.1mΩ的銅箔阻抗，那么在200A時，這段銅箔自身產生的壓降就是：200A × 0.1mΩ = 20mV。也就是說，僅PCB銅箔產生的誤差就已經達到被測信號的一半。因此AFE的SRP、SRN引腳絕不能從大電流銅皮上取樣，而必須直接連接到采樣電阻兩端，這就是Kelvin四端采樣。
很多硬件工程師誤以為Kelvin連接只是為了提高精度，其實更重要的是避免負載電流流經測量回路，否則AFE測到的就不再是采樣電阻壓降，而是采樣電阻+PCB銅箔+焊點的總壓降。3.均衡電阻到底應該怎么算？由于電池電芯存在差異，長期使用后各串電池容量會失衡。AFE必須具備放電均衡功能——簡單來說被動均衡就是把電壓最高的那幾串電池里的能量通過電阻消耗掉。MP3718支持內部集成開關和外部擴展MOSFET或者三極管三種均衡方式：內部被動均衡是直接利用芯片內部Cn引腳之間的MOSFET閉合進行放電。由于芯片散熱有限，內部放電電流通常限制在10mA～50mA，如果電芯電壓大概3.3V左右，放電回路上串聯了兩個Rcell_filter，阻值是100Ω，內部集成的MOSFET的Rds(on)典型值是28Ω，那么均衡電流計算如下：I=3.3V/（100Ω+100Ω+28Ω）≈14.5mA電流有了我們就能根據P=I*I*R和T=P*Rth來分別計算電阻和MOS的發熱功率和溫升了。通過上面的計算我們能看出來使用內部MOS來做均衡由于均衡電流比較小，那么均衡的就慢，要想均衡的塊咋辦？當然是增大均衡電流。看到均衡電阻不要直接采用100Ω或68Ω，要根據目標均衡電流來反推才行。當AFE控制內部開關導通時，在外部PMOS的柵極和源極間拉出壓差，迫使外部大功率PMOS導通，電流通過大功率電阻Rbal進行放電，從而實現更大電流的快速均衡。
MP3718集成了用于獨立控制及保護充放電回路的高側MOSFET驅動器。能夠定期自動檢測電芯電壓與溫度，并持續監測電流，將檢測結果與預設閾值進行比對；若結果超出閾值，器件會根據故障類型及初始化配置，自動關斷MOSFET或熔斷保險絲。熔斷保險絲？是的你沒看錯是熔斷保險絲，MP3718具有次級保護驅動功能，它通過控制一個獨立的引腳，向串聯在主回路上的三端物理保險絲的內部加熱電阻持續通電。加熱電阻發熱膨脹，在幾百毫秒內物理熔斷主回路保險絲，這是確保整個系統不發生熱失控，從而保證安全的最后一張底牌。AFE并不是一顆萬能采樣芯片，它更像整個BMS模擬前端的核心控制器。真正決定系統性能的，往往不是AFE本身，而是圍繞它構建的外圍電路，Cell采樣RC網絡決定了電壓采集的穩定性，Kelvin電流采樣決定了電流檢測精度，均衡電阻決定了溫升和均衡效率，MOS驅動網絡則直接影響整車的安全性。這篇文章先到這了，點擊"閱讀原文" ，就可以拿到MPS官方匯總好的BMS芯片選型設計資料，還能直接申請免費樣品，想搞懂BMS設計？一定要收藏哦！
