無論是純電、插混、輕混還是油車，車內(nèi)都有一塊低壓電池（通常在12V），該電池為整車關(guān)鍵系統(tǒng)供電，比如助力剎車，車門控制，緊急燈光系統(tǒng)等。

長久以來，鉛酸電池是低壓電池的主力方案，但是它有著污染高，維護(hù)頻次高，能量密度低，增加汽車無效載荷等弊端。近些年，隨著鋰電池技術(shù)逐漸成熟，鋰電池電瓶因?yàn)轶w積小重量輕，終生無需更換，全生命周期費(fèi)用更低等優(yōu)點(diǎn)被逐漸接納。隨著汽車電動(dòng)化、智能化對(duì)供電需求的進(jìn)一步提高，車載12V低壓電池也迎來了由鋰電替換鉛酸的拐點(diǎn)。

與鉛酸電池不同，針對(duì)新能源車的特點(diǎn)，眾多OEM對(duì)12V鋰電池提出了更高的功能安全和可靠性要求。針對(duì)新的挑戰(zhàn)和應(yīng)用痛點(diǎn)，作為國內(nèi)唯一12V-1000V汽車BMS一站式解決方案芯片提供商，矽力杰為行業(yè)帶來了全新的解決方案：AFE SA63654 + MCU SA32Bx / SA32Dx。目前該方案已受到海內(nèi)外多家OEM的青睞。

SA63654

強(qiáng)芯賦能，牢鑄安全防線

低壓鋰電池的安全使用關(guān)乎駕駛員的安全。SA63654嚴(yán)格按照ISO 26262的流程開發(fā)（矽力杰于2023年獲得了TUV萊茵的ISO 26262 ASIL-D體系認(rèn)證），能夠支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最高ASIL-D等級(jí)的功能安全目標(biāo)。本文將圍繞安全和診斷機(jī)制來介紹AFE的功能安全特點(diǎn)。系列后續(xù)，我們會(huì)為大家?guī)鞟FE 和MCU更深入的介紹。

01

安全快人一步，硬件過流保護(hù)+軟件保護(hù)

在過流保護(hù)方面，SA63654提供硬件比較器過流保護(hù)（綠色）和ADC采集軟件判斷（藍(lán)色）過流保護(hù)兩種方式，兩者形成冗余診斷。硬件過流保護(hù)提供微秒級(jí)的響應(yīng)速度，相比于軟件毫秒級(jí)的響應(yīng)速度，可以更有效的降低過流產(chǎn)生的局部熱量進(jìn)而保護(hù)MOS開關(guān)。業(yè)界現(xiàn)有方案基于ADC電流采樣的過流方式，這種方式對(duì)于傳統(tǒng)繼電器方案更為友好，無法適用于當(dāng)前主流的MOS控制方案。此外，SA63654的硬件保護(hù)方式可以有效地降低系統(tǒng)休眠功耗并提高休眠狀態(tài)下過流響應(yīng)速度。

* SA63654方案，對(duì)高邊MOS方案友好

* 業(yè)界現(xiàn)有方案，對(duì)繼電器方案友好

02

高邊MOS診斷，精準(zhǔn)同步，無額外功耗

12V鋰電池系統(tǒng)，高邊MOS負(fù)責(zé)連接電池(B+)和負(fù)載(P+)，它對(duì)系統(tǒng)安全至關(guān)重要。業(yè)界現(xiàn)有診斷方案，如下右圖，采用外置電阻分壓方式異步檢測(cè)MOS兩端電壓。這種方案無法同時(shí)刻采集MOS兩端差分電壓，且外部電阻網(wǎng)絡(luò)引入額外功耗、誤差和器件失效概率。

SA63654采用創(chuàng)新的差分架構(gòu)，一路采集P+端與B+端的壓差即MOSFET的壓降；一路采集SRC端與P+端的壓降即充電管的壓降。差分采樣，消除了單端采樣帶來的功耗問題和同步性問題，直接保證了精度，消除了兩路單端異步采樣帶來的診斷誤判風(fēng)險(xiǎn)；SA63654的方案還可以節(jié)約MCU資源，降低MCU負(fù)荷。

* SA63654方案示意圖

* 業(yè)界現(xiàn)有方案

03

真冗余，雙路電流采集

在電流采集方面，SA63654內(nèi)部采用兩路（綠色和藍(lán)色）全冗余ADC進(jìn)行電流采集，采集結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)端到端的診斷覆蓋。同時(shí)，也可以支持電流采集通道的完全冗余-擴(kuò)展兩個(gè)模擬通道來采集另一路shunt的差分電壓。與業(yè)界現(xiàn)有方案相比，SA63654實(shí)現(xiàn)了電流采集的真正冗余，為實(shí)現(xiàn)電流采樣的安全目標(biāo)提供有力保障。

* SA63654方案

* 業(yè)界現(xiàn)有方案

04

全覆蓋的電壓采集診斷

在電壓采樣方面，與主流方案對(duì)比，SA63654最大程度實(shí)現(xiàn)主輔通道的冗余，如主輔通道的模擬切換開關(guān)冗余以及主副通道的電平轉(zhuǎn)換冗余。后端的低壓模擬開關(guān)與VS ADC則通過片CS ADC實(shí)現(xiàn)交叉驗(yàn)證，不僅巧妙地解決了共因問題，而且消除了同構(gòu)ADC的問題。芯片在滿足功能安全的同時(shí)，SA63654提供主輔測(cè)量通道(Cn通道與Bn通道)以實(shí)現(xiàn)“Limp Home”模式，且該架構(gòu)可以有效地降低芯片的功耗，提高芯片的EMC性能。

* SA63654方案

* 業(yè)界現(xiàn)有方案

精彩延續(xù)，深度探索。接下來我們將為大家?guī)鞸A63654與SA32Bx/SA32Dx系列MCU更深入的方案應(yīng)用介紹。