アプリケーション ソリューション 分離型 SPI ソリューション

バッテリー管理システム (BMS) アーキテクチャの進化において、通信トポロジーの選択はシステムの信頼性、コスト、拡張性を直接決定します。
主流の絶縁型 SPI ソリューションは、電気的絶縁と差動信号伝送を通じて干渉に対する堅牢な「保護壁」を構築します。絶縁型 SPI は、トランスまたはコンデンサの結合によって電気的絶縁を実現し、数百ボルト、さらには数千ボルトの電圧差に耐えることができます。

BMSでは、バッテリーパックの高圧側MCUと低圧側MCUを分離しなければなりません。従来のソリューションでは 4 チャネルのデジタル アイソレータが必要ですが、isoSPI では小型のトランスのみが必要なため、コストが大幅に削減されます。この絶縁機能は、低圧側プロセッサを高圧サージから保護するだけでなく、コモンモード除去を大幅に改善し、測定精度を保証します。

現代の電動化の波の中で、バッテリーは長い間従来のパワーユニットを超え、インテリジェント車両の「心臓」および「神経中枢」となってきました。しかし、この心臓のすべての鼓動には複雑な電気化学反応が含まれます。充電サイクル中の何百ものバッテリーセル間のわずかな違いが、壊滅的な熱暴走や容量低下に発展する可能性があります。各セルが独立して連携して動作することを保証することが、BMS システム設計における中心的な課題となっています。 VOOHU Technology は 10 年以上にわたって自動車エレクトロニクス分野に深く関与しており、SPI 絶縁通信ソリューションを発売しました。

1. トポロジの概要
VOOHU の SPI ソリューションは、従来のパラレル バスの煩雑な配線を放棄し、独立した SPI トポロジを採用しています。各 SPI チップは隣接するボードと正確に直列に接続され、バッテリー セル モジュールから端末 BMU までの「デジタル ニューラル チェーン」を形成します。

この設計の巧妙さは、クロックとチップセレクト信号が同期して分配され、データが差動信号形式でツイストペアケーブル上で段階的に送信されるという事実にある。各ノードは情報取得端末であると同時に信号中継局でもある。

CAN バスの調停遅延やブロードキャスト ストームのリスクと比較して、デイジーチェーン トポロジの決定論的な通信タイミングにより、<1μs の電圧と温度のサンプリング同期精度が保証されます。従来の SPI のポイント制限と比較して、VOOHU の絶縁型 SPI ソリューションは、絶縁トランス結合により伝送距離を 15 メートル以上に延長し、最大 16 のカスケード レベルをサポートし、48V マイルド ハイブリッドから 800V の高電圧プラットフォームまでのさまざまなバッテリ パックの物理レイアウトに完全に適応します。

最終的に、BMU に収束するのは、単なる個別のデータ ポイントではなく、完全なバッテリー状態マップです。各セルの SOH、SOC、内部抵抗の傾向がミリ秒レベルで動的に表示され、バッテリーのバランシング戦略と障害の早期警告にパノラマの入力が提供されます。

2. デバイスマトリックスの推奨事項
VOOHU は、BMS の信頼性がその最も弱いリンクによって決まることを理解しています。
したがって、このソリューションは、プロトタイプから量産までの開発サイクル全体をカバーする、コネクタからパワーデバイスまでのフルスタック選択ライブラリを提供します。

機械的インターフェース:シナリオ-D-sub コネクタの特定のマッチング
バッテリーパックの設置スペースや振動レベルに合わせて、25P、15P、9Pの3シリーズのD-subコネクタを用意しています。
25P バージョンは、16 個以上のセルを備え、電力、CLK、CS、および複数の差動信号を統合した高電圧バッテリー パックに適しています。 15P は 8 ～ 12 セルを備えたミッドレンジ プラットフォーム向けに設計されており、PIN の利用を最適化します。 9P はマイクロ電動工具のミニマリスト デザイン向けに設計されています。
すべてのコネクタは USCAR-2 振動レベル III 認定を受けており、金メッキ端子により 500 サイクルの嵌合寿命が保証され、バッテリー パックの結露腐食に対する IP67 保護が保証されています。

絶縁コア:BMS絶縁トランスシリーズ
SPI電気絶縁の「心臓部」として、VOOHUはS12、S125、S068の3つのシリーズを提供しています。
S12 シリーズは、最大 250Vrms の動作電圧に適しており、耐電圧定格は 3kV です。
S125 シリーズは 800V の高電圧プラットフォーム向けに設計されており、セグメント巻線設計を採用しており、最大 5kVrms の耐電圧を備えています。
S068 シリーズは、サイズに敏感な PHEV バッテリー パック向けにカスタマイズされており、高さはわずか 3.5 mm でありながら、-40℃ ～ 125℃ の自動車グレード温度範囲内で ±2% の結合係数精度を維持し、差動信号エッジの完全性を保証します。


サンプリングブレイン:AFEチップの正確な保護
AFEチップは、単一セルの電圧/温度サンプリングと緊急遮断保護の二重の機能を実行します。
VOOHU ソリューションの AFE は、電圧精度 ±1.5mV、温度チャネル NTC 精度 ±0.5℃の 16 チャネル同期サンプリングをサポートします。
その強みの鍵は、ハードウェアの過電圧/不足電圧コンパレータにあり、10μs未満以内に駆動信号をトリガーして、MCUの介入なしでMOSFETを直接シャットダウンし、熱暴走などの極端なシナリオに対してハードウェアレベルの安全冗長性を提供します。

保護と実行:TVS と MOSFET の協調保護
TVS 保護デバイス:TVS アレイは AFE 入力と SPI バス インターフェイスに導入されており、クランプ電圧は 40V 未満、応答時間は 1ps 未満で、バッテリー パック内のリレー スイッチングによって引き起こされるサージと ESD の影響を効果的に抑制します。


高電圧MOSFET:バッテリーパックの主回路内の電子スイッチとして、400V/600A レベルの切り替えタスクを引き受けます。
VOOHU は、オン抵抗が 2mΩ 未満でスイッチング損失が 60% 低減されている車載グレードの SiC MOSFET を優先しています。その駆動信号は AFE のハードウェア保護出力から直接供給され、最短の障害応答パスが保証されます。
VOOHU SPI ソリューションの価値はバッテリー管理を超えて広がります。

3. サーボモータの用途
サーボモータ制御の分野では、同じアーキテクチャが顕著な応用性を実証しています。多軸モータの電流センサ（アナログAFE）、エンコーダ（デジタルSPIノード）、ドライバ（MOSトランジスタアレイ）が中央コントローラにデイジーチェーン接続されています。 80ns-レベルの同期サンプリングにより、FOC アルゴリズムの正確なデカップリングが保証されます。絶縁トランスは電源グランドと制御グランド間のコモンモードノイズをブロックし、TVS 保護は IGBT スイッチからの EMI を防ぎます。

この「個々のユニットからシステムへ」の設計哲学により、VOOHU の SPI ソリューションは、電動化プラットフォームにおける高速、正確、信頼性の高い神経伝達の汎用アーキテクチャとなります。これにより、顧客は単一の設計ツールチェーンを使用して BMS と電気駆動システムの両方をカバーできるようになり、サプライ チェーンの複雑さと認証コストが大幅に削減されます。

VOOHU Electronics は、2018 年の設立から 2025 年の海外進出まで、その「優れた品質、リーズナブルな価格、行き届いたサービス、確実な配送」により、1,000 社を超える企業の信頼できるパートナーになりました。

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