強化BMS隔離變壓器安全 電源/訊號磁性解決方案面面俱到
設計人員發現在設計電池管理系統(BMS)的隔離變壓器時，需要思考許多因素。針對系統設計的效率而言，很重要的一點是供應商要決定對應用功能的期望、所需要的認證級別，以及確定哪些功能選項將重大影響BMS的部署。
BMS設計考量
電池管理系統連接電池組，並管理電池組的充電和放電。這些系統亦監控與電池組健康狀況有關的許多安全因素。此外，BMS還透過將電池與負載，或充電源連接/斷開來提供應用保護。這些高度關鍵的元件與所有更新的電池技術搭配使用，例如鋰離子或LiFePO4電池，這些電池非常容易因為過度充電、充電不足及過熱而損壞。
在設計BMS系統時，請注意有兩個部分需要仔細思考：搭配線路驅動器使用的功率電平電路，以及訊號線驅動器。此外，將隔離和安全裝置裝入BMS時，最佳的位置也要謹慎考量。從磁性元件的角度來看，變壓器通常負責提供低壓側和高壓側之間的隔離，同時滿足安全和隔離要求。
選擇正確的變壓器
要正確選擇用於BMS的變壓器，需要了解電路的關鍵特性。峰值工作電壓或是電路將看到的最高輸入電壓，包含開路或閉路條件下的任何瞬態影響。依據狀態，電路可能需要置於過壓類別之中。這表示電路需要在標準設計上增加繞組之間的距離，或者選擇規格要求更高的Hi-Pot測試電壓。電路設計對於知道必須滿足特定，或哪些具體標準亦非常重要。需要思考的標準可能包含IEC、UL、VDE、CSA或這些標準的組合。
接下來則是必須確定電路需要哪些額外的絕緣標準來保護用戶，或者變壓器的功能是否可以單獨在電子電路內運作。這是電流隔離發揮作用之處，可確保電路保持分離，以消除雜散電流以及減少不必要的接地迴路的變化。透過強化絕緣，電路將為產品使用者提供了額外的保護。
影響變壓器選擇的其他因素，以及可能影響設計的其他因素，包括環境因素。例如所選擇的變壓器必須運作所在之處的海拔高度、污染程度、灰塵和污垢，或是濕度。此外，思考電路設計可能需要滿足其他具體的測試要求亦是重要的。例如產品需要滿足哪個局部放電測試，或長期可靠性測試才能符合特定的標準。對於與變壓器有關的距離主題，則是爬電距離和電氣間隙。爬電距離係指沿著兩點表面，所測量出來的兩點之間的距離。電氣間隙是指兩點之間，只有空氣間隙的兩點之間的距離(圖1)。
圖1 設計BMS變壓器之前，需要知道的最常見要素
在設計BMS時，可使用多種拓撲，具體取決於應用和所需要的認證。在比較不同的變壓器拓樸時，沒有正確或錯誤的使用指示。某一個拓撲可能比另一個拓撲來得更適合某個應用。在決定拓樸時，主要的考量是材料的磁滯迴線，而不是每種拓樸類型的工作模式(圖2)。
圖2 與每種拓樸的操作模式(藍色)相反的材料的磁滯迴線(紅色)
推挽操作實際上使用整個磁滯環，而馳返變壓器則使用磁滯環的較小部分。馳返變壓器，被認為具有單象限工作模式。為了以拓樸作為基礎來進行更具體的比較，可詳見比較圖(表1)。
表1 比較圖涵蓋了可用來設計BMS的多種隔離電源拓撲
產品如Bourns...
2024 年 07 月 17 日
