一種用于電池管理系統的高壓多路選擇器
2021年電子技術應用第10期
李明明1，2，潘文光1，3
1.中國科學院微電子研究所，北京100029；2.中國科學院大學 電子電氣與通信工程學院，北京100049； 3.南京中科微電子有限公司，江蘇 南京210018
摘要： 高壓多路選擇器是電池管理系統的重要組成部分，目前研究的高壓多路選擇器會給電池引入漏電流，影響電池電壓檢測精度。為了降低高壓多路選擇器開關控制信號對電池的漏電流影響，提高電壓檢測精度，設計了一種新型柵極驅動型高壓開關。該高壓開關采用了柵極自舉結構，可以直接級聯，并且開關控制信號不對信號源引入漏電流。最后采用0.5 μm 40 V BCD工藝，搭建一個7路高壓多路選擇器進行了仿真驗證。后仿真結果表明，高壓開關相鄰信道的隔離度為-47 dB@1 MHz，最大輸入電壓35 V，電路版圖面積1.2 mm×1.5 mm，滿足應用場合。
中圖分類號： TN722
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211477
中文引用格式： 李明明，潘文光. 一種用于電池管理系統的高壓多路選擇器[J].電子技術應用，2021，47(10)：53-56，62.
英文引用格式： Li Mingming，Pan Wenguang. A high voltage multiplexer for battery management system[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(10)：53-56，62.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211477
中文引用格式： 李明明，潘文光. 一種用于電池管理系統的高壓多路選擇器[J].電子技術應用，2021，47(10)：53-56，62.
英文引用格式： Li Mingming，Pan Wenguang. A high voltage multiplexer for battery management system[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(10)：53-56，62.
A high voltage multiplexer for battery management system
Li Mingming1，2，Pan Wenguang1，3
1.Institute of Microelectronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China； 2.School of Electronic，Electrical and Communication Engineering，University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049，China； 3.Nanjing Zhongke Microelectronics Co.，Ltd.，Nanjing 210018，China
Abstract： High voltage multiplexer is an important part of battery management system. The high voltage multiplexer studied at present will introduce leakage current to the battery, which will affect the accuracy of battery voltage detection. To reduce the influence of the control signal of the high voltage multiplexer on the leakage current of the battery and improve the accuracy of voltage detection, a new type of high voltage switch with gate drive was designed. The high voltage switch adopts gate bootstrap structure, can be directly cascade, and the switch control signal does not introduce leakage current to the signal source. At last, a 7-channel high voltage multiplexer was built by using 0.5 μm 40 V BCD process to carry out simulation verification. The post-simulation results show that the isolation of the adjacent channel of the high voltage switch is -47 dB@1 MHz, the maximum input voltage is 35 V, and the circuit layout area is 1.2 mm×1.5 mm, which meets the requirements of application.
Key words : BCD process；analog multiplexer；HV switch；battery management system
0 引言
高壓電池管理系統在許多場合都有應用，例如新能源汽車為了獲取足夠的動力，往往需要串聯成百上千節電池[1-2]；大型電網的儲能也需要串聯許多的電池組。如此多的電池難免會存在電池之間的不匹配、不均衡，可能引起電池爆炸等安全隱患[1，3]，這就需要電池管理系統(Battery Management System，BMS)能夠實時檢測每節電池的電壓狀態[4]。
在電池電壓的采集結構中，通常使用由高壓開關組成的高壓多路選擇器將每節電池的電壓傳遞到后續模數轉換器(Analog to Digital Converter，ADC)進行模數轉換。如何降低高壓多路選擇器對電池信號的電壓損耗一直是研究的熱點，不少學者針對BMS系統的高壓多路選擇器提出了許多新穎的高壓開關[5-15]，但是這些高壓開關的控制信號會對信號源引入輕微的漏電流，影響電池電壓檢測精度。
為了降低漏電流，進一步提高電壓檢測精度，本文設計了一種新型柵極驅動型高壓開關，并采用0.5 μm 40 V BCD工藝，搭建一個7路高壓多路選擇器進行了后仿真驗證。設計的電路已經遞交工藝廠進行流片。
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作者信息：
李明明1，2，潘文光1，3
(1.中國科學院微電子研究所，北京100029；2.中國科學院大學 電子電氣與通信工程學院，北京100049；
3.南京中科微電子有限公司，江蘇 南京210018)
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