一种用于电池管理系统的高压多路选择器
2021年电子技术应用第10期
李明明1，2，潘文光1，3
1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京100049； 3.南京中科微电子有限公司，江苏 南京210018
摘要： 高压多路选择器是电池管理系统的重要组成部分，目前研究的高压多路选择器会给电池引入漏电流，影响电池电压检测精度。为了降低高压多路选择器开关控制信号对电池的漏电流影响，提高电压检测精度，设计了一种新型栅极驱动型高压开关。该高压开关采用了栅极自举结构，可以直接级联，并且开关控制信号不对信号源引入漏电流。最后采用0.5 μm 40 V BCD工艺，搭建一个7路高压多路选择器进行了仿真验证。后仿真结果表明，高压开关相邻信道的隔离度为-47 dB@1 MHz，最大输入电压35 V，电路版图面积1.2 mm×1.5 mm，满足应用场合。
中图分类号： TN722
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211477
中文引用格式： 李明明，潘文光. 一种用于电池管理系统的高压多路选择器[J].电子技术应用，2021，47(10)：53-56，62.
英文引用格式： Li Mingming，Pan Wenguang. A high voltage multiplexer for battery management system[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(10)：53-56，62.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211477
中文引用格式： 李明明，潘文光. 一种用于电池管理系统的高压多路选择器[J].电子技术应用，2021，47(10)：53-56，62.
英文引用格式： Li Mingming，Pan Wenguang. A high voltage multiplexer for battery management system[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(10)：53-56，62.
A high voltage multiplexer for battery management system
Li Mingming1，2，Pan Wenguang1，3
1.Institute of Microelectronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China； 2.School of Electronic，Electrical and Communication Engineering，University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049，China； 3.Nanjing Zhongke Microelectronics Co.，Ltd.，Nanjing 210018，China
Abstract： High voltage multiplexer is an important part of battery management system. The high voltage multiplexer studied at present will introduce leakage current to the battery, which will affect the accuracy of battery voltage detection. To reduce the influence of the control signal of the high voltage multiplexer on the leakage current of the battery and improve the accuracy of voltage detection, a new type of high voltage switch with gate drive was designed. The high voltage switch adopts gate bootstrap structure, can be directly cascade, and the switch control signal does not introduce leakage current to the signal source. At last, a 7-channel high voltage multiplexer was built by using 0.5 μm 40 V BCD process to carry out simulation verification. The post-simulation results show that the isolation of the adjacent channel of the high voltage switch is -47 dB@1 MHz, the maximum input voltage is 35 V, and the circuit layout area is 1.2 mm×1.5 mm, which meets the requirements of application.
Key words : BCD process；analog multiplexer；HV switch；battery management system
0 引言
高压电池管理系统在许多场合都有应用，例如新能源汽车为了获取足够的动力，往往需要串联成百上千节电池[1-2]；大型电网的储能也需要串联许多的电池组。如此多的电池难免会存在电池之间的不匹配、不均衡，可能引起电池爆炸等安全隐患[1，3]，这就需要电池管理系统(Battery Management System，BMS)能够实时检测每节电池的电压状态[4]。
在电池电压的采集结构中，通常使用由高压开关组成的高压多路选择器将每节电池的电压传递到后续模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)进行模数转换。如何降低高压多路选择器对电池信号的电压损耗一直是研究的热点，不少学者针对BMS系统的高压多路选择器提出了许多新颖的高压开关[5-15]，但是这些高压开关的控制信号会对信号源引入轻微的漏电流，影响电池电压检测精度。
为了降低漏电流，进一步提高电压检测精度，本文设计了一种新型栅极驱动型高压开关，并采用0.5 μm 40 V BCD工艺，搭建一个7路高压多路选择器进行了后仿真验证。设计的电路已经递交工艺厂进行流片。
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作者信息：
李明明1，2，潘文光1，3
(1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京100049；
3.南京中科微电子有限公司，江苏 南京210018)
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