实例分享！BMS采样板针对低频磁场抗扰测试解决方案
作者：Ai Wei
通常汽车零部件受到的磁场干扰可以分为内部或外部干扰源干扰，其中内部干扰源包括汽车的电动马达、制动器等；而外部干扰源包括功率传输线、充电站等。低频磁场抗扰测试 MFI 的方法是将 DUT 暴露在干扰磁场中进行测试。辐射环可以产生干扰磁场，还可以用于小型 DUT 测试，或者采用多点放置的方法来测试大型 DUT。本文由ADI代理商骏龙科技工程师Ai Wei为大家介绍一种 BMS 采样板针对低频磁场抗扰测试的解决方案。
MFI 测试设置
低频磁场抗扰 MFI 测试布置如下图 (图1) 所示，DUT 的每个面都要划分成 100mm*100mm 的均匀方格区域，辐射环则平行放置于距离这些小方格中心 50mm 的位置进行测试。线束中的所有导线需按照实际的车载应用进行端接或空载，如可能，还要安装实际的负载或制动器。
图1 辐射环测试布置
本文应用的测试频段为15Hz~150KHz，推荐的测试严酷定级划分如下表 (表1) 所示：
表1 磁场抗扰测试推荐测试严酷等级 (内部场模拟)
LTC6813 BMS MFI 测试
DUT 测试环境连接设置如上图 (图1) 所示，辐射环对准覆盖 LTC6813 BMS 板上的 AFE 即 LTC6813，每个 AFE 都要测试一次，连接器和 FPC 在覆盖面积内。结果显示 BMS MFI 测试失败。LTC6813 所有通道的电压从 200Hz 到 2kHz 呈现 10mV 以上跳动，其他频段则表现良好，而测试标准应为采样电压跳动需小于 10mV。
Debug 分析
在 LTC6813 菊花链 demo 评估板上实测 MFI 并无发现问题。比较 demo 评估板和 LTC6813 BMS 板的硬件设置，可以看到 demo 只有 3 个 AFE 和 3 个连接器；而 LTC6813 菊花链 BMS 板为 5 个 AFE 以及 3 个连接器，采样板连接端口有一块 FPC 软板连接采样线束和 CSC 板。这是实际应用工况无法避免的情况。
图2 LTC6813 菊花链 BMS 板
该 FPC 软板走线 layout 为环形，不是像线束一样并行走向，而且同一 cell 的 2 根采样线束有出现跨接 2 个连接器的情况，这与测试标准的线束要求不一致。线束应尽量减小线束内部的差分耦合效应，同时减少对负载及电源的干扰。线束及 DUT 要放置在一个绝缘、非铁磁性、低渗透性材质 (如木桌)。
猜测辐射环测试时会同时覆盖住 AFE、连接器和 FPC，该 FPC 走线呈现线圈状和少数 cell 在连接器处的分开走线会导致电磁效应，这可能会干扰采样。同时 200Hz 到 2kHz 的噪声，ADC 7KHz 模式可能无法滤除，IC 内部的 ADC 有可选的滤波模式，同步尝试更改 ADC 1KHz 模式，观察是否会改善测试结果。
MFI 测试结果分析
FPC 软板走线呈现线圈状绕法。带 FPC 测试时，几乎所有的 cell 测量电压都跳动超过 10mV；而去掉 FPC 软板，直接连接线束，绝大多数通道测量误差能在 ±3mV 以内。
分析查看异常的几个采用通道。如下图 (图3) LTC6813 参考电路图所示，以其中的一个通道 9 电压为例子，采样通道 9 电压需要 C9 和 C8 两根线，而这两根线被分配在不同的连接器上，即这两根线之间包含的面积较大。PCB 走线上由于要分开走线，也包围了一定的面积。
图3 LTC6813 参考电路
根据电磁感应定律，此时面积越大，耦合磁场的能量越大。将 C8 和 C9 这两根分布在不同连接器上的走线并接在一起，以减小线束之间包含的面积。进行 MFI 测试时，测量误差从 20mV 缩小到了 9mV，磁线圈只盖住一个连接器，则电压跳动在 5mV 左右。
最坏的情况是把线圈盖住两个连接器，这两个连接器刚好包含了一个电芯的两根走线，比如 C8/C9。将不同连接器的所有线束绑在一起以减小面积，此时 MFI 的测试结果显示，最大误差在 10mV。综上，FPC 软板的环形走线和电芯采样线束的跨接连接器会导致 MFI 测试时的耦合效应，从而影响采样电压，建议减小感应面积。
解决方案
在电路设计方面，ADI LTC6813 内部有多种滤波模式，功能强大，能够灵活更改 ADC 模式，从 7KHz 改为 1KHz。高精度的电压采样场合建议使用 1KHz 模式，在一些诊断的应用，可以使用 7KHz 及以上模式。在连接线束方面，可以优化结构去掉 FPC，或者一个连接器对应一个 AFE，避免同一个 AFE 的采样线有跨接 2 个连接器，从而导致耦合面积增大的情况。
总结
BMS 评估板在做低频磁场抗扰测试时，硬件部分的连接器结构需要一个连接器对应一个 AFE，避免同一个 AFE 的采样线出现跨接情况。这样同一个电芯的采样线走线的环路最小，MFI 测试就不会出现采样精度问题。软件部分则可以选择不同 ADC 模式以适应更好的应用场景。
