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ZHCSTR8 June 2025 TPSI2260-Q1

ADVANCE INFORMATION

9.2 典型应用

绝缘电阻监控

在电动汽车系统等高压应用中，特意将高压电池包与汽车的机箱域隔离，以保护驾驶员并防止损坏电气元件。这些系统主动监控该绝缘的完整性，以确保系统在整个寿命期间的安全。这种主动监测称为绝缘电阻监测（也称为隔离检查、绝缘检查、隔离监测、绝缘监测和剩余电流监测 (RCM)），通过测量每个电池端子到机箱接地的电阻来执行，如下图所示为 R_ISOP 和 R_ISON。

TPSI2260-Q1 绝缘电阻模型

图 9-1 绝缘电阻模型

有多种设计架构使用 TPSI2260-Q1 来测量这些绝缘电阻，即 R_ISOP 和 R_ISON。一些架构采用微控制器从高压域执行测量，在本文档中该微控制器将称为“电池 V- 参考架构”。其他应用在低压域中使用微控制器，在本文档中将该微控制器称为“机箱接地参考架构”。两种架构之间的主要区别在于 MCU 将其用作 GND 参考的节点。BQ79731-Q1 UIR 传感器是电池 V- MCU 的一个示例。

TPSI2260-Q1 不同的 MCU ADC 参考示例

图 9-2 不同的 MCU ADC 参考示例

以下两个部分演示了测量算法，以及用于使用每种架构计算隔离电阻的方程组。

电池 V- 参考示例

电池 V- 参考架构如下所示，TPSI2260-Q1 作为开关（SW1 和 SW2）进行了说明。SW2 启动机箱和 PACK- 之间的连接，并启用 ADC 的测量路径。SW1 启动机箱和 PACK+ 之间的连接。RDIV1 和 RDIV2 构成一个分压器，用于将测量的电压向下扩展到适当的 ADC 范围。

TPSI2260-Q1 电池 V- 参考架构

图 9-3 电池 V- 参考架构

必须进行两次 ADC 测量，以获得足够的信息来计算两个未知隔离电阻。第一次测量是在 SW1 断开且 SW2 闭合的情况下进行。第二次测量是在 SW1 断开且 SW2 闭合的情况下进行。通过这两次测量，可以解出方程组并计算 R_ISOP 和 R_ISON。

在以下示例中，机箱接地上的电压随意称为 V_RISONx。

对于第一次 ADC 测量，SW2 闭合，如下所示，以下公式将此条件下的 ADC 电压与系统中的其他参数相关联：

V_ADC1 测量 1：SW1 断开，SW2 闭合

方程式 1.

V_{R I S O N 1} = V_{P A C K} \times \frac{R_{I S O N} | | (R_{D I V 1} + R_{D I V 2})}{R_{I S O P} + (R_{I S O N} | | R_{D I V 1} + R_{D I V 2})}

方程式 2.

V_{A D C 1} = V_{R I S O N 1} \times \frac{R_{D I V 2}}{R_{D I V 1} + R_{D I V 2}}

TPSI2260-Q1 用于 ADC1 测量的电池 V- 参考开关位置

图 9-4 用于 ADC1 测量的电池 V- 参考开关位置

对于第二次 ADC 测量，SW1 和 SW2 闭合，如下所示，以下公式将 ADC 电压在这种条件下与系统中的其他参数相关：

V_ADC2 测量 2：SW1 闭合，SW2 闭合

方程式 3.

V_{R I S O N 2} = V_{P A C K} \times \frac{R_{I S O N} | | (R_{D I V 1} + R_{D I V 2})}{(R_{I S O P} | | R_{3}) + (R_{I S O N} | | (R_{D I V 1} + R_{D I V 2})}

方程式 4.

V_{A D C 2} = V_{R I S O N 2} \times \frac{R_{D I V 2}}{R_{D I V 1} + R_{D I V 2}}

TPSI2260-Q1 用于 ADC2 测量的电池 V- 参考开关位置

图 9-5 用于 ADC2 测量的电池 V- 参考开关位置

机箱接地参考示例

机箱接地参考架构如下所示。SW1 和 SW2 启动到 PACK+ 和 PACK- 的连接,并通过其相应的电阻分压器启用到 ADC 的相应测量路径。RDIV1、RDIV2、RDIV3 和 RDIV4 可将测量的电压调低到适当的 ADC 范围。

第一次测量是在 SW1 闭合且 SW2 断开的情况下进行，第二次测量是在 SW1 断开且 SW2 闭合的情况下进行。

VADC1：SW1 闭合，SW2 断开

方程式 5.

V_{A D C 1} = V_{R D I V 2} = V_{P A C K} \frac{(R_{I S O P} | | (R_{D I V 1} + R_{D I V 2}))}{(R_{I S O P} | | (R_{D I V 1} + R_{D I V 2}) + R_{I S O N})} \times \frac{R_{D I V 2}}{R_{D I V 1} + R_{D I V 2}}

VADC2：SW1 断开，SW2 闭合

方程式 6.

V_{A D C 2} = V_{R D I V 3} = - V_{P A C K} \frac{(R_{I S O N} | | (R_{D I V 3} + R_{D I V 4}))}{(R_{I S O N} | | (R_{D I V 3} + R_{D I V 4})) + R_{I S O P})} \times \frac{R_{D I V 3}}{R_{D I V 3} + R_{D I V 4}}

TPSI2260-Q1 用于 ADC1 测量的机箱接地参考开关位置

图 9-6 用于 ADC1 测量的机箱接地参考开关位置

TPSI2260-Q1 用于 ADC2 测量的机箱接地参考开关位置

图 9-7 用于 ADC2 测量的机箱接地参考开关位置