上海雷卯电子：汽车BMS电池管理——菊花链通讯保护方案

发布时间：2025-12-24 14:21
作者：AMEYA360
来源：雷卯
阅读量：203

上海雷卯电子：汽车BMS电池管理——菊花链通讯保护方案

　　汽车BMS电池管理已从CAN通讯向菊花链桥接通讯的方式转变，在菊花链的环体系结构中，即使在一端通讯电缆断开的情况下,也可以通过反向通讯保证所有电池模组的通讯，从而增强通讯的稳定性。

　　上海雷卯EMC小哥以NXP的MC33664与MC3377X应用为例，制作了菊花链通信电路的静电与浪涌保护方案图:

上海雷卯电子：汽车BMS电池管理——菊花链通讯保护方案

　　菊花链通信电路的静电与浪涌保护方案推荐料号如下：

上海雷卯电子：汽车BMS电池管理——菊花链通讯保护方案

　　以上器件都满足IEC 61000-4-2/ IEC 61000-4-5/AECQ- 101标准。

　　在BMS控制板上其它接口，雷卯电子也有针对性的防护方案：

　　电源防反接与浪涌保护方案：

上海雷卯电子：汽车BMS电池管理——菊花链通讯保护方案

　　上海雷卯针对BMS系统电源端防反接浪涌保护料号：

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　　CAN FD通讯接口防护方案：

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　　RS485串口通讯接口防护方案：

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　　上海雷卯针对BMS系统各个接口静电防护推荐的ESD料号如下：

上海雷卯电子：汽车BMS电池管理——菊花链通讯保护方案

　　雷卯EMC小哥建议在高压侧开关控制、低压侧供电，以及电压、电流、绝缘电阻检测环节加入合适的TVS二极管等保护元件防止过压或过流，具体参数需根据实际情况来确定。


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　　在电子制造领域，MSL等级是看似不起眼却至关重要的参数，直接关系到电子元件在SMT回流焊过程中的可靠性。上海雷卯电子的雷卯EMC小哥经常接到客户关于MSL等级的咨询，今天就带大家系统拆解这一电子元件可靠性核心指标。　　MSL(Moisture Sensitivity Level)等级是JEDEC制定的湿敏等级标准，用于表征电子元器件对潮湿环境的敏感程度，防止在回流焊接过程中因内部水分汽化膨胀导致"爆米花"效应。上海雷卯电子作为深耕半导体元件16年的领军企业，深知正确理解和应用MSL等级，对保障产品质量、提升生产效率的关键意义。　　一、MSL等级的分类标准　　根据JEDEC J-STD-020D标准，MSL等级共分为8级，不同等级的元件防潮要求差异显著：　　雷卯EMC小哥提醒，MSL等级数字越大，元件对湿气的敏感度越高，允许暴露在开放环境的时间越短。MSL等级的划分主要基于元件封装材料的吸湿性和耐热性，等级越高，封装材料越容易吸收水分且在高温下越容易失效。　　二、湿气对电子元件的影响及"爆米花"效应　　湿气对电子元件的影响主要体现在物理损伤和化学腐蚀两方面：　　物理损伤上，湿敏元件暴露在潮湿环境中时，水分会渗入封装内部。在SMT回流焊230-260℃高温下，水分急剧汽化膨胀，引发"爆米花"效应，导致封装脱层、金线焊点损伤、芯片微裂纹，严重时甚至元件鼓胀爆裂。上海雷卯电子在实际测试中发现，无铅焊接工艺因温度远高于传统有铅工艺，对湿气更敏感，这也是MSL等级在无铅时代愈发重要的原因。　　化学腐蚀方面，湿气中的钾、钠、氯等离子会引发电化学腐蚀，生成水合氧化物会削弱封装树脂与金属的粘结力，导致分层后潮气更易侵入，大幅降低元件可靠性。　　三、MSL等级的测试方法和验证流程　　元件制造商需按标准流程验证MSL 等级，上海雷卯电子也遵循这一规范保障产品品质：　　初始检测：用扫描声学显微镜(SAT)检测元件，确认封装无缺陷或分层现象。　　烘烤除湿：在125℃±5℃、湿度<5%　　RH的环境中烘烤1-2小时，去除内部水分。　　吸湿处理：将烘烤后的元件在30℃/60%RH条件下暴露192小时，模拟元件在车间环境中吸湿的情况。　　回流焊模拟：对吸湿后的元件进行三次标准峰值温度260℃回流焊测试，模拟元件在生产、维修和再次生产过程中的受热情况。　　终检测：再次使用SAT和X-RAY检测封装结构完整性，并进行电气功能测试。若元件通过三次回流焊测试且无任何分层或功能失效，则确定其MSL等级。如果元件出现封装开裂、分层面积超过封装总面积的5%或关键电气参数超出允许范围，则需要降低MSL等级重新测试。　　四、不同MSL等级元件的防潮处理建议　　结合上海雷卯电子的实践经验，雷卯EMC小哥给出各等级元件防潮方案：　　MSL1级元件：这类元件对湿气抵抗力最强，在≤30°C/85%　　RH环境下可无限期存放，建议使用铝制包装与卷盘干燥剂一起密封存储，延长元件寿命。ESD/TVS二极管因具体型号、封装差异，常见的湿敏等级包括MSL1、MSL3等。　　MSL2/2a级元件：在≤30°C/60%　　RH环境下，MSL2级元件可存放一年，MSL2a级可存放四周，开封后需严格控制车间环境湿度≤60%　　RH，温度≤30°C，并记录开封时间。如果开封后存放时间超过规定期限，建议按照125℃/5%RH条件下烘烤12-48小时。　　MSL3-5a级元件：高湿敏等级元件需要特别注意防潮　　1.烘烤参数：对于Tray盘封装的元件，烘烤温度通常为125℃±5℃，时间与元件厚度相关(如MSL3级1.2mm厚度的元件需烘烤9小时)。对于Reel盘封装的元件，由于无法直接接触热源，烘烤温度通常为40℃，湿度≤5%RH，烘烤9天。　　2.车间寿命管理：开封后必须严格记录暴露时间，并在车间寿命内完成焊接。超过车间寿命的元件必须重新烘烤处理，烘烤后的时间可重新计算。　　3.防潮包装：使用"护航三件套"——防潮袋(MBB)、干燥剂(硅胶/分子筛)和湿度指示卡(HIC)进行密封存储。当湿度指示卡上的10%RH指示点变色时，表明元件可能已受潮，需要重新烘烤处理。　　4.存储环境：未开封元件存放于温度25°C±5°C、湿度<40%　　RH的环境中。　　MSL6级元件：对湿气极为敏感，车间寿命仅12小时，使用前需在125℃/5%RH条件下烘烤24小时以上，开封后立即焊接。　　MSL等级是电子制造中的关键可靠性指标，尤其在元件小型化和无铅工艺普及后更显重要。　　雷卯EMC小哥建议：建立元件MSL数据库，记录等级、开封时间和有效期;控制车间温湿度在 25°C±5°C、湿度< 40% RH;按MSL等级和封装类型制定烘烤与存储方案;高等级元件优先生产，避免长时间暴露;定期培训员工，提升MSL等级应用能力。科学管理MSL等级元件，能有效降低湿气导致的焊接缺陷，提升产品可靠性。
2025-12-22 13:42 阅读量：242
上海雷卯电子：常用防反接保护电路及功耗计算
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　　采用电池是最方便干净的电源，为电子电路提供电压。还有许多其他方法，为电子设备供电，如适配器，太阳能电池等，但最常见的直流电源是电池。通常，所有设备都带有防反接保护电路，但是如果您有任何电池供电的设备没有防反接保护，那么在更换电池时始终必须小心，否则它可能会炸毁设备。　　因此，在这种情况下，防反接保护电路将是电路的有用补充。有一些简单的方法可以保护电路免受反极性连接的影响，例如使用二极管或二极管桥，或者将P沟道MOSFET用作HIGH侧的开关。　　使用二极管的极性反接保护　　使用二极管是极性反接保护最简单、最便宜的方法，但它存在漏电问题。当输入电源电压很高时，小的压降可能没关系，特别是当电流较低时。但在低压操作系统的情况下，即使是少量的压降也是不可接受的。　　众所周知，通用二极管上的压降为0.7V，因此我们可以通过使用肖特基二极管来限制此压降，因为它的压降约为0.3V至0.4V，并且还可以承受高电流负载。选择肖特基二极管时要注意，因为许多肖特基二极管都具有高反向电流泄漏，因此请确保选择具有低反向电流(小于100uA)的二极管。　　雷卯电子有专门开发的超低Vf肖特基二极管和超低漏流的肖特基二极管，适合防反接使用。　　在4安培时，电路中肖特基二极管的功率损耗为：　　4x 0.4V= 1.6W　　在普通二极管中：　　4x 0.7 V=2.8W　　所以肖特基在电路中的节能效果明显，如果电路电流较大，也可以选用DO-277封装的肖特基二极管，比如雷卯电子SS10U60。　　整流桥堆防反接保护　　我们也可以使用全桥整流器进行防反接保护，因为它与极性无关。但是桥式整流器由四个二极管组成，因此在单二极管的上述电路中，功率浪费量将是功率浪费的两倍。　　使用P 沟道MOSFET 的防反接保护　　使用P沟道MOSFET进行反接极性保护比其他方法更可靠，因为它具有低压降和高电流能力。该电路由一个P沟道MOSFET、齐纳二极管和一个下拉电阻组成。如果电源电压低于P沟道MOSFET的栅极至源电压(Vgs)，则只需要不带二极管或电阻的MOSFET。您只需要将MOSFET的栅极端子连接到接地即可。　　现在，如果电源电压大于Vgs，则必须降低栅极端子和源极之间的电压。下面提到了制造电路硬件所需的组件。　　P 沟道场效应管 型号根据电流电压选择　　采用P沟道MOSFET的极性反接保护电路的工作原理　　现在，当您按照电路图连接电池时，具有正确的极性，它会导致晶体管打开并允许电流流过它。如果电池向后或以反极性连接，则晶体管关闭，我们的电路将受到保护。　　该保护电路比其他保护电路更有效。让我们分析一下当电池以正确的方式连接时，P沟道MOSFET将导通，因为栅极和源极之间的电压为负。查找栅极和源极之间电压的公式为：Vgs= (Vg- Vs)　　当电池连接不正确时，栅极端子的电压将为正极，我们知道P沟道MOSFET仅在栅极端子的电压为负时(此MOSFET的最低-2.0V或更低)导通。因此，每当电池以相反方向连接时，电路都将受到MOSFET的保护。　　现在，让我们来谈谈电路中的功率损耗，当晶体管导通时，漏极和源极之间的电阻几乎可以忽略不计，但为了更准确，您可以浏览P沟道MOSFET的数据表。对于LMAK30P06P 沟道MOSFET，静态漏源导通电阻(RDS(ON))为0.020Ω(典型值)。因此，我们可以计算电路中的功率损耗。　　如下所示：功率损耗=I*I*R　　假设流经晶体管的电流为1A。所以功率损耗将是　　功率损耗=I2R= (1A)2*0.02Ω= 0.02W　　因此，功率损耗比使用单二极管的电路小约27倍。这就是为什么使用P沟道MOSFET进行防反接保护比其他方法要好得多的原因。它比二极管贵一点，但它使保护电路更安全，更高效。　　我们还在电路中使用了齐纳二极管和电阻器，以防止超过栅极到源电压。通过添加电阻和9.1V的齐纳二极管，我们可以将栅源电压箝位到最大负9.1V，因此晶体管保持安全。　　当然MOS的防反接电路也可以采用Nmos来截断电路，截断的就是负极电路，我们一般的理念还是开关正极，就像家里电灯开关一样，是装在火线上，而不是零线上。
2025-08-29 16:24 阅读量：715
理想二极管+雷卯TVS：过抛负载P5A测试，功耗降97%
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理想二极管+雷卯TVS：过抛负载P5A测试，功耗降97%

　　一.优点：　　1、极低功耗：导通压降仅 10-20mV，20A 电流下功耗降至 0.4W(较肖特基二极管降低 97%)，无需额外散热片;　　2、瞬时响应：反向电流检测响应时间 < 1μs，彻底消除反向恢复浪涌，避免对后端芯片的冲击;　　3、宽域兼容：部分型号反向耐压可达-65V，覆盖 12V 汽车蓄电池反接(-12V)、24V 工业电源波动等极端场景。　　二.目前理想二极管中主流的专用控制器型号及适合场景　　1、TI LM74700：65V 耐压，集成过温保护，适合汽车电子电源冗余设计　　LM5050-1：75V 耐压，低静态电流(7μA)，适用于电池供电的便携式设备;　　2、荣湃Pai8150x/Pai8151x 系列：支持背靠背FET 架构、电池反向保护及电源路径冗余，适用于新能源汽车低压系统。　　3、美信 MX16171：1-50V 宽输入，支持并联扩展电流，工业控制冗余电源首选;　　4、芯洲科技 SCT53600Q：±65V 耐压，AEC-Q101 认证，车载 ECU、BMS 系统核心防护器件。　　三.传统二极管pk 理想二极管　　四.雷卯TVS+理想二极管12V/24V直流电源浪涌保护方案　　“双重屏障” 防护逻辑：理想二极管与 TVS 的协同需满足 “时间+能量” 双维度配合：　　理想二极管：负责反向电流阻断(如荣湃的Pai8151系列在0.75μS内关断)和持续过流保护(如芯洲 SCT53600Q 支持 50A 过载 10ms);　　雷卯TVS：承担正向浪涌能量泄放(响应时间 < 1ns)和电压钳位(雷卯TVS二极管将瞬态电压限制在理想二极管耐压范围内)　　12V汽车电子方案(满足 ISO 7637-2 测试)　　核心器件：　　理想二极管专用控制器：荣湃Pai8150C(-55V至80V 耐压， AEC-Q100 认证);　　TVS：雷卯 SM8S24CA(24V VRWM，38.9V VC，6600W 峰值功率，AEC-Q101 认证)。　　参数匹配逻辑：　　VRWM=24V(1.2×12V 系统电压)，确保正常工作时 TVS 无漏流;　　VC=38.9V(< Pai8150C 的80V 耐压)，避免浪涌击穿 MOSFET;　　峰值电流 IPP=170A(>ISO 7637-2 脉冲 5A 的 100A 需求)。　　实测表现 ：雷卯EMC团队在雷卯实验室环境下验证：　　脉冲 5A 测试(100V 输入，1Ω 源阻抗，300ms)：钳位电压稳定在 38.5V;　　反接测试(-12V 持续 1min)：Pai8150C 快速关断，后端电路零损伤。　　24V工业控制浪涌防护方案(满足 IEC 61000-4-5 等级 3)　　核心器件：　　理想二极管：荣湃Pai8150C(-55V至80V耐压);　　TVS：雷卯 SMDJ26CA(26V VRWM，42V VC，3000W 峰值功率)。　　参数匹配逻辑：　　VRWM=26V(1.08×24V 系统电压)，适配工业电源波动范围;　　VC=42V(< Pai8150C 的80V 耐压)，保护驱动电路;　　冗余设计可配合雷卯 GDT(2R090-5S)组成两级防护，GDT 泄放 80% 浪涌电流(>2kA)。　　实测表现：2kV 浪涌测试(8/20μs 波形)：系统压降≤5V，后端PLC无复位;　　电动汽车12V辅助电池充电控制与浪涌综合防护方案　　电动汽车12V辅助电池需解决 3 个问题：　　1、充电时可控通断(充满自动关断，避免反向放电);　　2、动阶段双向供电(12V电池给高压侧电容预充电);　　3、防护两类浪涌：　　电压浪涌(雷击、电源尖峰，损伤电路);　　电流浪涌(启动时电容充电的大电流，冲击 MOSFET)。　　上海雷卯方案架构：　　前级 TVS：钳位瞬态过压，雷卯采用SM8S24CA，满足 ISO 7637-2 测试;　　背靠背 MOSFET(Q1+Q2)：配合控制器实现 充电路径开关 + 双向导通;　　充电路径通:EN 信号低→Q1、Q2 导通→DC/DC 给电池充电;　　充电路径断:电池充满→EN信号高→Q1、Q2关断→切断电路，防反向放电。　　控制器阴极(CATHODE)引脚悬空→允许能量反向流动(比如 12V 电池给高压侧电容预充电)。　　理想二极管控制器：驱动 MOSFET，内置软启动逻辑(通过外接 RC 网络缓启动)。　　雷卯通过TVS+理想二极管的科学搭配，不仅能解决传统二极管的功耗与可靠性痛点，更能构建符合国际标准的浪涌防护体系。
2025-08-28 10:21 阅读量：672
雷卯电子：防静电和浪涌TVS layout设计要点
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雷卯电子：防静电和浪涌TVS layout设计要点

　　最新的AR,VR,5G产品，新的电子产品更智能、更复杂，嵌入了脆弱和敏感的集成电路。这些设备的环境往往很恶劣，产生高水平静电和快速瞬态浪涌。这些ESD器件可能会干扰设备，从故障到集成电路的破坏。　　将这些问题最小化的最佳方法是从PCB入口放置瞬态电压抑制器(TVS)，放置在可能出现浪涌的地方;但在选择这些组件PCB布局必须小心，以确保最好的保护。　　电磁兼容可靠性要求　　很明显，敏感部件可能会出现静电损坏风险。国际电工委员会IEC委员会定义了标准，该标准定义了四种严重等级，对应于四种电压等级，有两种放电、接触和空气类型。对接触放电的类别与电压水平和电流波形的定义显示了对接触放电的这些类别的定义以及与不同电压水平的波形的定义。　　下表是IEC61000-4-2规定最新定义的接触静电放电的波形4级测试要求，附带测试标准波形的具体时间和电压图。　　线路中TVS设置　　大家都知道要在接口处设置TVS保护器件，但有时候达不到理想的测试效果，这里要分析一下原因：　　1、TVS型号选型不当;　　2、PCB设计不合理，导致TVS保护效果不佳　　这里主要讨论在PCB上怎么合理设计让TVS发挥最大的保护功效。　　这里就要考虑线路上的各种寄生电感，包括TVS管脚自身的寄生感值。这会影响静电或浪涌发生时后端IC处的箝位电压Vc值。　　TVS本身遵从以下公式：　　VCL = VBR + RD × IPPR为TVS本身的寄生电容值，越小的产品他的箝位电压会更好，更有效保护IC，IPP是测试瞬间通过TVS本身的电流值。　　在测试图中，A点的电压并不是Vc值，Va电压需要加上TVS 两端的电压。　　LIN和LIC由PATH通常由线路的控制阻抗(例如50Ω或100 Ω差分)驱动。为了迫使浪涌电流通过保护电路，我们必须确保LGND和LTVS路径尽可能低。此外，为了减少PCB上的辐射，最好的方法是将保护电路尽可能靠近连接器针脚。　　以下有三种TVS在板子上的接线方式，供大家选择优劣。　　以上ABC的设置方式，大家可以评论哪种方式最好。答案是C　　设计案例　　需要考虑未被保护的路径远离在保护路径上，否则会有EMI干扰的风险。　　总结　　以上我们看到，为了限制各种寄生电路的布局，必须注意产生的过电压和电磁干扰。注意接地连接和将TVS放置在正确的方式上，保证一个成功的电路，以确保设备的高可靠性水平的关键。综上所述，以下要点：确保保护装置连接到地面尽可能短，尽量减少寄生电感路径从静电电源到保护组件，然后从保护组件到芯片保护(而不是从静电电源到芯片保护，然后保护连接到该路径)。这也是一种避免寄生电感，将保护组件尽可能接近ESD源：这将最小化PCB上的EMI，与其他路径耦合化PCB上的EMI，与其他路径耦合。
2025-08-05 13:28 阅读量：863
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