聊聊AFE的均衡功能电路

baoshijie

这回说说电池采样芯片（AFE）里面涉及到的均衡功能电路。

BMS均衡功能的实现主要靠AFE，它里面集成了均衡控制开关以及相关逻辑电路，给用户提供了丰富的诊断和控制接口，如下图（图片来源于ADI的LTC6810），方框部分即为均衡电路。



AFE提供的均衡接口主要是被动均衡，即通过电阻放电；它可以支持内部均衡与外部均衡两种（如下图，来自于ADI的LTC6813）；两种方式都要把均衡电阻放置在外，但内部均衡可以利用内部的MOS管作为均衡通流开关，而外部均衡需要外部再增加一个MOS管作为均衡通流开关；基本上每一家的AFE都支持两种方式（TI比较早的型号除外）。



不同厂家AFE之间的均衡功能是有差别的，例如内部均衡时，其过流能力是不一样的；还有对于外部均衡，外置的MOS类型也是不统一的，这些都是因为每个厂家内部的均衡电路略有差异，下面分别介绍一下。

拿ADI的LTC68XX系列来说，它里面又存在两种电路：LTC6810与其他型号的电路不同，LTC6804\6811\6813的内部均衡框图如下，它内部的均衡通道有一部分是从采样线回来的，即采样线滤波电阻Rm上面会有电流通过，所以在内部均衡的情况下，它们建议Rm阻值不能选太大。可以发现，均衡引脚与采样引脚数量一致。所以，这三个型号很少使用内部MOS作为均衡通流开关。



而LTC6810的内部是另一种情况，如下图，它借助外部的相邻的两个均衡电阻来作为放电通道，如图中红色箭头所示，均衡电流不从采样线上面走，这样比上面优化了很多。这种情况下，均衡引脚与采样引脚也是一样多。许多厂家都采用这种方案，如美信、松下等，具体可以参见它们的使用手册。



上面这种方案存在一个问题，如下图所示（图片来自于LTC6810），当相邻的多路电芯同时均衡时，中间的均衡电阻上面没有电流流过，相当于相邻几节串联的电芯只通过上下两个均衡电组来进行放电，这样均衡电流很大，此时很容易产生热量损坏AFE或外部均衡电阻。所以可以看到很多厂家上面，均衡通道分为奇数、偶数组，相邻的通道不能同时打开均衡。



除了上面两种外，NXP的AFE又是另一种方案：它内部每两节电芯单独配置两个NMOS，而且多了一个均衡共用引脚；如下图所示，这样两节电芯一组，组与组之间互不干扰，即使全部电芯进行均衡，也不会产生类似上面电流过大的问题。唯一引入的问题就是引脚增多，增大了封装。



上面介绍了采用内部均衡的方案下，几种AFE的均衡方案原理；下面再遗留一个开放的问题：下图中，哪种均衡电阻的排布方案比较合适你自己的应用场景？



总结：

今天简单介绍了几种AFE的被动均衡电路框图，如果都采用外部均衡MOS的形式，就不会涉及上面提到的大电流问题。本文目的是为了深入理解AFE的用法，有助于在排查一些意外故障时，可以有所依据；以上所有，仅供参考。

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关于AFE的均衡功能电路，其关键在于电池采样芯片（AFE）内集成的均衡控制开关及相关逻辑电路。在电池管理系统中，均衡功能的实现主要依赖于AFE，它提供了丰富的诊断和控制接口。关于均衡接口，主要是被动均衡，通过电阻放电来平衡单个电池的电压。

AFE支持内部均衡与外部均衡两种方式。内部均衡利用内部的MOS管作为均衡通流开关，而外部均衡则需要额外的MOS管。两种方式的均衡电阻都需要置于外部电路。目前市面上的AFE，如ADI和TI的产品，大多支持这两种方式。在具体应用中，可根据系统需求和硬件设计选择适当的均衡方式。

lixinfu

关于AFE的均衡功能电路，其核心在于电池采样芯片（AFE）集成了均衡控制开关和相关逻辑电路。其中，均衡接口主要实现被动均衡，即通过电阻放电。内部均衡与外部均衡是两种常见的均衡方式。内部均衡利用内部MOS管作为均衡通流开关，而外部均衡则需要额外的MOS管。

AFE在电池管理系统（BMS）中起到了关键作用，提供了丰富的诊断和控制接口。其方框部分即为均衡电路，具有控制精确、响应迅速的特点。目前市场上的AFE芯片，如ADI的LTC6810和LTC6813，以及TI的产品，大多都支持内部和外部两种均衡方式。在实际应用中，可根据需求和系统特点选择合适的方式。此外， AFE还具备故障诊断和保护功能，能有效提高电池系统的安全性和使用寿命。