隔离电压采样 — HV 母线 / 桥臂电压 / 电池单体的工程方案

这一节先给出“EV 主驱场景”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• HV 母线 = 400-1000V,共模电压超 MCU GND 容许
• SiC 桥臂换流 dv/dt > 50 V/ns,直接耦合到 ADC 信号 → 失真 / 烧毁

这一节先给出“安全场景”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• ISO 26262 ASIL D voltage sense 要求采样电路与被测电路独立——分压器后必须隔离再到 MCU
• IEC 60664-1 加强绝缘要求 4 kV 60s

这一节先给出“EMC”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• 不隔离 → 共模回路通过 ADC 信号线 → MCU 内部 EMI 严重
• 隔离 → 共模电流被隔离器阻断

这一节先把“电阻分压 + 隔离放大器”对应的对象关系说清，后面的结构块用于快速定位各部分之间的连接。

[HV bus] -> [R_top series 多个] -> [R_bot] -> [Iso Amp 输入] ->
  [电容/iCoupler 隔离] -> [Iso Amp 输出 ±2V] -> [MCU ADC]

代表 IC: TI AMC1311(±2V 输入,iCoupler 隔离, 7 kV 隔离)、TI AMC1411(精度更高 0.05%)、ADI ADuM4190。

特点:

• 精度 0.3-0.5%(整体)
• 静态电流 = V/R_total,典型 800V/2.5MΩ = 320 µA(连续耗电)
• 带宽 200 kHz(够 EV 主驱)
• CMTI ≥ 100 kV/µs(SiC dv/dt 够)

类似电流采样的 SD ADC,但前端是分压器而非 shunt。代表 IC: TI AMC1306M25 + 外置分压。

特点:

• 数字隔离 → CMTI 100+ kV/µs
• 带宽窄(< 100 kHz Sinc filter 后)
• 精度 0.5%
• 用 MCU SDFM 模块解码

模拟"霍尔电流传感器"用于电压:输入 R 电阻 + 闭环放大器 + 隔离磁场耦合。

代表型号: LEM DVL 1000(±1000V, 0.6%)、LEM DVC 1000(0.5%)。

特点:

• 精度极高(0.5%),长期稳定性最好
• 体积大(磁芯)
• 价格 $30-100
• 工业 / 计量级,EV 主驱不常用

EV 主驱 800V 母线,AMC1311 输入 ±2V:

典型选取:

• Rtop = 5 MΩ(实际 5 个 1 MΩ 串联,可靠性 + 安全)
• Rbot = 10 kΩ
• 比例 = 1/501 → 1000V → 1.996V

单个 1206 SMD 电阻最高耐压 200V,800V 单电阻直接打火。

串联 5 个 1 MΩ:

• 每个承担 160V(留 25% 余量)
• 单点失效:1 个短路 → 输出升 25%(可检测)→ 比"单 5MΩ 短路"更安全
• 量产电阻规格优选 0.1% / 25 ppm/°C(高精度低温漂)

这一节先把“精度误差链路”的判断维度收拢到同一视图里，后面的表格用于横向比较各选项的边界。

总误差(RSS): √(0.045² + 0.25² + 0.1² + 0.25² + 0.3² + 0.5² + 0.4²) ≈ 0.85%

EV 主驱 voltage sense 要求 ≤ 1% → 刚好满足,余量小。

Rtop 5 个 1 MΩ × 800V → P_total = 0.13 W → 5 个分担每个 26 mW → 单板贴片温升 30-50°C。

实务:

• Rtop 选 1206 / 2010 封装(散热好)
• PCB 铜面积充足(每个 R 至少 30 mm² 铜)
• 长期温漂监测(每年 0.05% 漂移 → 15 年 0.75% → 接近 1% 限值)

这一节先给出“接口”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• 输入:±2V 差分(高 / 低端)
• 输出:±2V 差分(MCU ADC 直接读)
• 隔离:7 kV 工作 / 12 kV 瞬时
• CMTI:140 kV/µs
• 带宽:230 kHz
• 增益:1.0(无放大,高输入阻抗 1 GΩ)

这一节先给出“ASIL D 安全特性”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• 内置自检(注入测试信号验证整个链路)
• 输出过压保护 → 自动钳位防止 MCU ADC 烧毁
• 故障 pin → 中断 MCU 进入安全状态

AMC1411 = AMC1311 + 0.05% 增益精度 + 1 µV/°C 偏置温漂(更适合 BMS 单体级别精度需求)。

代表:

• ADI LTC6811-1(12-cell,16-bit,菊花链 isoSPI)
• TI BQ79616(16-cell,18-bit,UART/SPI 隔离)
• MAX MAX17852(14-cell,16-bit,专为 EV 设计)

工作方式:

• 每个 IC 测 12-16 节单体(差分,逐对采样)
• IC 之间菊花链(isoSPI / iso UART)→ 上传到主 BMS MCU
• 一个串路最多 30+ IC = 360+ 单体

这一节先给出“精度”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• 增益误差 < 0.05%(出厂校准)
• 温漂 < 25 ppm/°C
• 量化 16-bit / 18-bit
• 整体 SoC 估算误差 < 1%(配合电流积分 + Kalman)

这一节先给出“安全”需要同时考虑的几个判断点，后面的条目按工程优先级展开。

• 单体过压 / 欠压检测内置(独立比较器,不依赖 MCU)
• 自检 + 冗余比对(主 ADC + 副 ADC)
• ASIL D 已认证(LTC6813 / BQ796xx)

EV 主驱 ASIL D 要求单管失效检测——通过测每个桥臂中点电压判断:

• 正常:中点电压在 0 ~ Vdc 之间随 PWM 切换
• 上管短路:中点电压固定 Vdc
• 下管短路:中点电压固定 0
• 桥臂直通:中点电压突变 + 过流

实务:6 路桥臂 × 1 通道 AMC1311 = 6 个 IC,成本高。有些方案用 12-bit ADC + 简化分压(精度低,只判断粗略状态)。

Rtop 单个开路 → 输出降为 0(MCU 误以为 Vbus = 0 → 失去监控)。

Rtop 单个短路 → 输出升 25%(可检测,但比例错误)。

实务:Rtop 5 个串联 + 输出范围检测(Vmeas 必须在合理工作区,例:300-1000V)→ 偏离触发 SM。

虽然 AMC1311 输入差分,但分压器输入端单端(GND 是 HV-)。HV 母线 GND 与 MCU GND 之间有 dv/dt → 通过分压器灌入信号 → 失真。

实务:

• 分压器输入差分(Rtop 接 HV+,另一组 Rtop 接 HV-,两个分压点都进 AMC1311 差分输入)
• AMC1311 隔离器 CMTI 100 kV/µs

15 年 EV 寿命 + -40~85°C 温度循环 → 电阻容差从 ±0.1% 漂到 ±0.5%。AMC1411 内部基准也漂。

实务:

• 关键采样配套自检(主驱启动时给 Vdc 一个已知值,反推校准系数)
• 长期监测漂移趋势,超阈值告警

LTC6811 类 BMS IC 失效模式包括:

• ADC 单点卡死 → 单体读数固定(不报警)
• 菊花链通信中断 → 整段单体失联
• 内部 MUX 故障 → 通道间串扰

ISO 26262 BMS ASIL D 要求 99% 故障覆盖 → 冗余 ADC 通道 + 主备 IC + 自检方案。

HV 母线雷击 / 浪涌 → 分压器输入端瞬态 V > 2 kV → AMC1311 输入烧毁。

实务:

• TVS 钳位 + Y 电容滤波(到机壳地)
• 分压器入端 PTC 限流(过流时变高阻)
• AMC1311 输入串 1 kΩ 限流电阻