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전기자동차용 배터리 셀 전압 측정을 위한 아날로그 Front-End 회로 설계
김규호(Kyuho Kim),윤진국(Jinkook Yun),최호열(Ho-Yul Choi),정동길(Donggil Jeong),진호정(Hojeong Jin),조경록(Kyoungrok Cho) 대한전자공학회 2020 전자공학회논문지 Vol.57 No.4
본 논문에서는 전기 자동차 배터리 성능 최적화 관리와 실시간 상태 진단을 위한 배터리 셀의 고정밀 전압 측정을 위한 아날로그 Front-End 회로를 설계하였다. 회로는 크게 고전압 멀티플레서와 레벨 시프터r, 델타-시그마 모듈레이터와 선형성을 개선한 밴드갭 기준전압 생성 회로와 ADC 기준전압 생성 회로로 구성하였다. 설계한 회로는 40V용 0.18um BCD 공정과 0.18um CMOS 공정으로 설계하여 MCP로 제작하였다. 선형성을 개선한 밴드갭 기준전압 생성 회로는 BJT의 VBE의 비선형성을 보정 가능하도록 설계하였고 측정 결과 300uV 미만의 선형성을 확보하였다. 설계 제작한 회로는 -20℃에서 60℃ 온도구간과 1.5V에서 4.3V 배터리 셀 전압 영역에서 측정하고 보정한 결과 460uV 미만의 전압 측정 정밀도를 달성하였다. This paper presents the design of an analog front-end circuits for high-precision voltage measurement of battery cells for optimization of electric vehicle battery performance and real-time condition diagnosis. The circuit consists of a high voltage multiplexer, a level shifter, a delta-sigma modulator, a bandgap reference voltage generator improving linearity, and ADC reference voltage generator. The circuit is designed by 40V 0.18um BCD process and 0.18um CMOS process and fabricated with MCP. The bandgap voltage reference circuit compensates the VBE of the BJT which improves linearity of less than 300uV. As the results, The chip shows voltage measurement accuracy less than 460uV in the temperature range of -20℃ to 60℃ and battery cell voltage range of 1.5V to 4.3V.
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