在現(xiàn)代電池化成與測試系統(tǒng)中，對電流、電壓的測量精度以及能量轉(zhuǎn)換效率提出了更高的要求。為此，瑞薩電子代理-中芯巨能為您介紹一種基于瑞薩電子高性能32位MCU的系統(tǒng)設(shè)計方案，具備雙向電源轉(zhuǎn)換能力，同時實現(xiàn)高精度的電流和電壓采樣控制，適用于電池測試、電源轉(zhuǎn)換及逆變器等應(yīng)用場景。

系統(tǒng)架構(gòu)概述

該方案采用瑞薩RA6T2和RA2A1雙MCU協(xié)同架構(gòu)，分別負(fù)責(zé)電源轉(zhuǎn)換控制與模擬信號采集處理。通過軟硬件協(xié)同優(yōu)化，系統(tǒng)實現(xiàn)了高集成度、高精度和良好的動態(tài)響應(yīng)性能，具有較高的性價比優(yōu)勢。下圖該方案的框圖。

核心器件選型與功能解析

1. RA6T2：高性能電機(jī)與電源控制MCU

RA6T2搭載240MHz Arm Cortex-M33內(nèi)核，支持TrustZone安全擴(kuò)展，并內(nèi)置高實時控制引擎，適用于需要快速響應(yīng)的雙向DC-DC或AC-DC轉(zhuǎn)換控制場景。其豐富的PWM資源可精確調(diào)節(jié)功率開關(guān)時序，提升能效表現(xiàn)。

2. RA2A1：集成24位ADC的高精度測量單元

RA2A1 MCU內(nèi)置24位Sigma-Delta ADC，配合外部低噪聲運放（如ISL28291、READ2304G），可實現(xiàn)對電池電流與電壓的高精度采樣。其48MHz Cortex-M23內(nèi)核足以支撐復(fù)雜濾波算法與校準(zhǔn)邏輯，確保測量結(jié)果穩(wěn)定可靠。

3. 電源管理IC配置

RAA214250：20V/500mA線性穩(wěn)壓器，為ADC、傳感器等敏感電路提供干凈供電；

RAA211250：集成FET的30V/5A同步降壓穩(wěn)壓器，具備內(nèi)部補(bǔ)償和頻率可編程特性，適合作為主控電源模塊；

RV1S9231A：高隔離耐壓光電耦合器，支持2.5A輸出驅(qū)動能力，用于IGBT柵極驅(qū)動保護(hù)；

READ系列運算放大器：包括READ2304G和READ4606G，具備高帶寬、高轉(zhuǎn)換速率、低溫漂特性，適用于電流檢測放大、信號調(diào)理等環(huán)節(jié)。

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系統(tǒng)關(guān)鍵性能優(yōu)勢

雙向電源轉(zhuǎn)換能力：結(jié)合RA6T2的PWM控制能力，實現(xiàn)高效充放電雙向能量流動控制；

高精度測量：RA2A1內(nèi)置24位ADC配合溫度補(bǔ)償算法，實現(xiàn)μV級電壓分辨率和nA級電流檢測精度；

集成化程度高：減少外圍元件數(shù)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性并降低PCB設(shè)計難度；

靈活擴(kuò)展性：模塊化設(shè)計便于擴(kuò)展至多通道電池測試系統(tǒng)；

安全性強(qiáng)：多重過流、過溫、欠壓保護(hù)機(jī)制，保障系統(tǒng)長時間運行可靠性。

應(yīng)用方向

本設(shè)計主要面向以下典型應(yīng)用場景：

電池化成與測試設(shè)備：適用于鋰電池、超級電容等儲能器件的充放電測試；

雙向DC-DC變換器：用于新能源汽車、儲能系統(tǒng)中的能量回收與管理；

工業(yè)逆變器：實現(xiàn)高精度輸出控制與反饋監(jiān)測。

隨著電池技術(shù)不斷發(fā)展，對測試與能量管理系統(tǒng)的要求也日益嚴(yán)苛。該基于瑞薩MCU的系統(tǒng)方案，在保證高性能的同時兼顧了成本控制，是當(dāng)前電池測試系統(tǒng)中值得參考的一種實現(xiàn)路徑。對于工程師而言，合理利用RA6T2與RA2A1的功能組合，配合外圍器件優(yōu)化設(shè)計，將有助于構(gòu)建更加精準(zhǔn)、高效的測試平臺。