洞察：世平基于晶丰明源 MCU 和杰华特 AFE 的便携式储能 BMS 应用方案

笑谈人生

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        大联大世平集团针对便携式储能的电池保护系统，推出基于晶丰明源(BPS)的 MCU-LKS32MC453 和杰华特(JOULWATT)的 AFE-JW3376 和高边驱动-JW3330 驱动方案。使用 SPI 接口现 MCU 和 AFE 的通讯。NMOS 采用芯迈(Silicon Magic)的 SDN10N3P5B-AA 和 SDN10K018S2C。并配备一个纳芯微压力传感器 NSPGS2。此方案具有被动均衡、充放电控制、温度采集、高边保护等功能，支持：过压/欠压保护、高/低温保护、断路保护、过流保护等保护机制。

世平基于晶丰明源 MCU 和杰华特 AFE 的便携式储能 BMS 应用方案

硬件设计说明：

主控
       BPS 的 LKS32MC453 MCU， 192MHz 32位CortexM4F 内核，具有丰富的 DSP指令，硬件浮点运算单元。内置高达 256KB 的 Flash 存储器，支持加密保护，比较大 40KB 的 SRAM。集成了高性能模拟器件、多种 I/O 端口和丰富的外设。内置 12MHz 高精度 RC 时钟和低速 32kHz 低速时钟，可外挂 12~24MHz 外部晶振，内部 PLL 可提供比较高 192MHz 主频。

256KB Flash，40KB SRAMB。
包含 3 路 14Bit SAR ADC，2 Msps 采样及转换速率。
包含 2 路 12bit DAC 数模转换器。
3 个通用 16 位 Timer、2 个通用 32 位 Timer、1 个 24bit systick 定时器。
2 个 I2C 接口、2 个 SPI 接口、1 路 CAN 接口和 3 路 UART 接口
1 路单独 DMA 引擎, 共 8 个通道, 支持 8、16、32bit 传输
ADC 自检模块，支持开路短路检查
1 个 CRC 模块

AFE-JW3376
JW3376: 是一种 16S 电池组模拟前端 IC，主要有以下功能：

一个 14 位 ADC 对电池电压和温度进行采样，精度为 ±7mV，范围：3-4.3V。
16 位 ADC 采样充电/放电电流。
4 通道热敏感测，精度 ±1℃。
电池过压/欠压和温度保护。
11-16 串电池，被动均衡。
充电/放电过流保护、放电短路保护。
可靠的 SPI 通信。
3V LDO 输出用于外部应用。
外部保护 N-MOS 高驱动能力：12mA/86mA。
集成预充电/放电功能。
封装：TSSOP48。

JW3330
       JW3330: 是一款低功耗、100V 高边 N 沟道 MOSFET 驱动控制 IC。通过切断高压侧开关来断开电源，可以避免类似低边保护时断开系统接地线的问题发生，增强 BMS 系统的稳定性和可靠性。JW3330 可与模拟前端芯片配合使用，可以对充电和放电 FET 进行单独控制。

输入电压范围 2V-90V。
充电和放电高侧 NMOSFET 驱动器。
预充和预放电高压侧 NMOS FET 驱动器（仅限 TSSOP16）。
单独数字启用充电、放电、预充电、预放电控制。
外围设备少。
静态功耗： -正常模式：60μA typ。
                             -空闲模式：12.5μA typ。

高侧负载检测和充电器检测逻辑（仅限 TSSOP16）。
可直接与 AFE 一起使用。
封装：TSSOP16/SOP8（本方案用的是 TSSOP16）。

N-MOSFET
       充放电开关控制部分，方案的开关管 N-MOSFET 采用芯迈的 SDN10K018S2C 来做预充电、预放电，该 MOS 管的漏源电压（VDS）能够达到 100V，其连续漏电流（Id）可达 45A。当 VGS = 10V 时，RDS 为 18mΩ 。采用芯迈的 SDN10N3P5B-AA 来做充电、放电控制。该 MOS 管的漏源电压（VDS）能够达到 100V，其连续漏电流（Id）可达 120A。当 VGS = 10V 时，RDS 为 3.5mΩ 。



DC-DC
       DC-DC 部分，方案采用杰华特的 JWH5140F 来对 BAT+ 的电压进行降压处理，使 DC-DC 输出 5V 。JWH5140F 的特点如下：

工作输入范围为 6V 至 100V。
拥有 6A 输出电流，且内部具备软启动功能。
可调节开关频率。
在轻载下的强制连续导通模式（FCCM）。
支持短路保护。
支持高温保护。
封装：DFN4X-4-8。

LDO
       LDO 部分，方案采用杰华特的 JW7806 来对 DC-DC 的输出电压进行再一步的降压处理使 LDO 输出 3.3V 。JW7806 的特点如下：

输入电压范围：2V-5.5V。
输出电压范围：2V-4.5V。
输出电压精度：±2%。
输出电流：300mA。
低压差：120mV（典型值）。
电源抑制比（PSRR）：82dB@1kHz。
需噪声旁路电容器。
低输出电压噪声：12 uVRMS。
限流保护。
过温保护。
工作温度范围：-40℃-125℃。
封装：SOT23-5。

NSPGS2
       压力检测部分，方案采用纳芯微的 NSPGS2 ,NSPGS2 系列设计用于操作压力范围为 -100kPa 至 350kPa，其特点如下：

0°C 至 60°C 范围内于 ±1.5%（模拟）。
-40°C 至 70°C 范围内于 ±2.5%（模拟）。
0°C 至 60°C 范围内于 ±1%（数字）。
-40°C 至 70°C 范围内于 ±2%（数字）。
温度范围大：-40°C ~70°C。
比率/绝对模拟输出。
24 位 I2C。
带空气喷嘴的 SOP 封装，易于组装。