【導讀】通常汽車零部件受到的磁場干擾可以分為內部或外部干擾源干擾，其中內部干擾源包括汽車的電動馬達、制動器等；而外部干擾源包括功率傳輸線、充電站等。低頻磁場抗擾測試 MFI 的方法是將 DUT 暴露在干擾磁場中進行測試。輻射環可以產生干擾磁場，還可以用于小型 DUT 測試，或者采用多點放置的方法來測試大型 DUT。本文由ADI代理商駿龍科技工程師Ai Wei為大家介紹一種 BMS 采樣板針對低頻磁場抗擾測試的解決方案。
通常汽車零部件受到的磁場干擾可以分為內部或外部干擾源干擾，其中內部干擾源包括汽車的電動馬達、制動器等；而外部干擾源包括功率傳輸線、充電站等。低頻磁場抗擾測試 MFI 的方法是將 DUT 暴露在干擾磁場中進行測試。輻射環可以產生干擾磁場，還可以用于小型 DUT 測試，或者采用多點放置的方法來測試大型 DUT。本文由ADI代理商駿龍科技工程師Ai Wei為大家介紹一種 BMS 采樣板針對低頻磁場抗擾測試的解決方案。
MFI 測試設置
低頻磁場抗擾 MFI 測試布置如下圖 (圖1) 所示，DUT 的每個面都要劃分成 100mm*100mm 的均勻方格區域，輻射環則平行放置于距離這些小方格中心 50mm 的位置進行測試。線束中的所有導線需按照實際的車載應用進行端接或空載，如可能，還要安裝實際的負載或制動器。
圖1 輻射環測試布置
本文應用的測試頻段為15Hz~150KHz，推薦的測試嚴酷定級劃分如下表 (表1) 所示：
表1 磁場抗擾測試推薦測試嚴酷等級 (內部場模擬)
LTC6813 BMS MFI 測試
DUT 測試環境連接設置如上圖 (圖1) 所示，輻射環對準覆蓋 LTC6813 BMS 板上的 AFE 即 LTC6813，每個 AFE 都要測試一次，連接器和 FPC 在覆蓋面積內。結果顯示 BMS MFI 測試失敗。LTC6813 所有通道的電壓從 200Hz 到 2kHz 呈現 10mV 以上跳動，其他頻段則表現良好，而測試標準應為采樣電壓跳動需小于 10mV。
Debug 分析
在 LTC6813 菊花鏈 demo 評估板上實測 MFI 并無發現問題。比較 demo 評估板和 LTC6813 BMS 板的硬件設置，可以看到 demo 只有 3 個 AFE 和 3 個連接器；而 LTC6813 菊花鏈 BMS 板為 5 個 AFE 以及 3 個連接器，采樣板連接端口有一塊 FPC 軟板連接采樣線束和 CSC 板。這是實際應用工況無法避免的情況。
圖2 LTC6813 菊花鏈 BMS 板
該 FPC 軟板走線 layout 為環形，不是像線束一樣并行走向，而且同一 cell 的 2 根采樣線束有出現跨接 2 個連接器的情況，這與測試標準的線束要求不一致。線束應盡量減小線束內部的差分耦合效應，同時減少對負載及電源的干擾。線束及 DUT 要放置在一個絕緣、非鐵磁性、低滲透性材質 (如木桌)。
猜測輻射環測試時會同時覆蓋住 AFE、連接器和 FPC，該 FPC 走線呈現線圈狀和少數 cell 在連接器處的分開走線會導致電磁效應，這可能會干擾采樣。同時 200Hz 到 2kHz 的噪聲，ADC 7KHz 模式可能無法濾除，IC 內部的 ADC 有可選的濾波模式，同步嘗試更改 ADC 1KHz 模式，觀察是否會改善測試結果。
MFI 測試結果分析
FPC 軟板走線呈現線圈狀繞法。帶 FPC 測試時，幾乎所有的 cell 測量電壓都跳動超過 10mV；而去掉 FPC 軟板，直接連接線束，絕大多數通道測量誤差能在 ±3mV 以內。
分析查看異常的幾個采用通道。如下圖 (圖3) LTC6813 參考電路圖所示，以其中的一個通道 9 電壓為例子，采樣通道 9 電壓需要 C9 和 C8 兩根線，而這兩根線被分配在不同的連接器上，即這兩根線之間包含的面積較大。PCB 走線上由于要分開走線，也包圍了一定的面積。
圖3 LTC6813 參考電路
根據電磁感應定律，此時面積越大，耦合磁場的能量越大。將 C8 和 C9 這兩根分布在不同連接器上的走線并接在一起，以減小線束之間包含的面積。進行 MFI 測試時，測量誤差從 20mV 縮小到了 9mV，磁線圈只蓋住一個連接器，則電壓跳動在 5mV 左右。
最壞的情況是把線圈蓋住兩個連接器，這兩個連接器剛好包含了一個電芯的兩根走線，比如 C8/C9。將不同連接器的所有線束綁在一起以減小面積，此時 MFI 的測試結果顯示，最大誤差在 10mV。綜上，FPC 軟板的環形走線和電芯采樣線束的跨接連接器會導致 MFI 測試時的耦合效應，從而影響采樣電壓，建議減小感應面積。
解決方案
在電路設計方面，ADI LTC6813 內部有多種濾波模式，功能強大，能夠靈活更改 ADC 模式，從 7KHz 改為 1KHz。高精度的電壓采樣場合建議使用 1KHz 模式，在一些診斷的應用，可以使用 7KHz 及以上模式。在連接線束方面，可以優化結構去掉 FPC，或者一個連接器對應一個 AFE，避免同一個 AFE 的采樣線有跨接 2 個連接器，從而導致耦合面積增大的情況。
總結
BMS 評估板在做低頻磁場抗擾測試時，硬件部分的連接器結構需要一個連接器對應一個 AFE，避免同一個 AFE 的采樣線出現跨接情況。這樣同一個電芯的采樣線走線的環路最小，MFI 測試就不會出現采樣精度問題。軟件部分則可以選擇不同 ADC 模式以適應更好的應用場景。
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