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基于汽车电池单元的高精度电压电流采样方案的研究
| 论文题名： | 基于汽车电池单元的高精度电压电流采样方案的研究 |
| 关键词： | 汽车电池单元;电压电流采样;DeltaSigma调制器;斩波技术;高压电路 |
| 摘要： | 随着政府和公众对于可再生资源、新能源技术的愈发重视，新能源汽车、便携式设备以及智能电网等技术的发展前景巨大，电池作为这些设备的动力来源也备受关注。而电池管理系统是保证电池安全、高效、智能运行的关键，电池管理系统可以对电池进行实时地监测和管理，其中最重要的功能之一是对电池的电量进行监测。 对电池电量的准确监测需要对电池的电压电流信号进行高精度的采样，因此本文就电池单元的高精度电压电流采样方案进行研究，基于汽车电池单元设计了一款电池单元的高精度电压电流采样电路，采样电路由采样前端电路和DeltaSigma调制器组成。本文的主要工作内容如下： 1、针对汽车电池组的高共模电压，设计了一种使用开关电容电路的采样电容隔离高共模电压的采样方案，并将该采样方案应用于信号的采样前端电路。但是由于高压电路设计涉及电路可靠性和防浪涌保护等诸多难点，因此本文选择在低压域对方案的可行性以及精度进行验证。 2、对采样前端电路以及调制器分别进行设计与仿真，其中采样前端电路为开关电容结构，DeltaSigma调制器的精度为16比特，采用二阶一比特量化CIFB结构。引入斩波技术降低电路的失调电压和低频噪声，对电路的热噪声进行分解计算出电路中电容的取值，并对电路中运放的指标参数进行计算。通过在不同温度下输入阶梯波的方式对电路的增益误差、失调误差以及误差的温漂进行仿真，并通过输入正弦波的方式对电路的线性度进行仿真。 3、基于55nmCMOS工艺对电路进行设计与仿真。电路的电压采样范围为0~5.5V，经过校准后采样误差小于0.5mV，最低分辨率约为16bit。电流通过采样与电池串联的电阻上的电压计算，电阻上电压的采样范围为-0.1~0.1V，经过校准后电路的采样误差小于20μV，由于在低侧进行采样，电路在高温下对负电压采样时会产生轻微漏电产生失真，电路的最低分辨率约为15bit。电压与电流采样电路的转换时间为15.6ms，总的典型静态功耗约为30μA。 |
| 作者： | 王宁 |
| 专业： | 集成电路工程 |
| 导师： | 陈勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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