數(shù)字隔離在新能源汽車中的應(yīng)用
1 交通應(yīng)用中的隔離要求
汽車、卡車和摩托車中采用的混合動力和電動傳動系統(tǒng)，在交通運輸產(chǎn)業(yè)引發(fā)了新的、前所未知的挑戰(zhàn)。原來的12V電壓網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在需輔之以400V或更高的電池 電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器，它提供計算機(jī)中所有部件所需要的電能，從而對汽車OEM和系統(tǒng)模塊供貨商提出了一系列全新要求。諸如高壓電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器
圖1：電動車典型系統(tǒng)架構(gòu)。
與工業(yè)應(yīng)用相較，汽車和運輸應(yīng)用對隔離有著不同要求。堅實可靠當(dāng)然是必須的，而對磁“噪聲”也必須要有強(qiáng)大抵抗力。車內(nèi)的大功率水平（如工作在400V的 100KW馬達(dá)，意味著250A的工作電流）會在車內(nèi)產(chǎn)生必須妥善處理的強(qiáng)磁場。所用零件的使用期限必須足夠長以滿足車輛預(yù)期壽命要求；例如必須滿足大型運輸應(yīng)用幾十年的使用要求。用于汽車環(huán)境的產(chǎn)品，將推動對汽車應(yīng)用質(zhì)量（Q1）的要求，以及要滿足-40至+125℃的工作溫度范圍。
同時，這些領(lǐng)域的成本壓力，將推動對更高系統(tǒng)整合度的要求，因此，具備隔離功能的單芯片產(chǎn)品，如CAN收發(fā)器、ADC或門極驅(qū)動器等組件就展現(xiàn)出了優(yōu)勢。
2 不同的數(shù)字隔離技術(shù)
原則上，有四種不同的數(shù)字隔離方法：
光隔離的主要優(yōu)點是光對電場或磁場具有免疫力及有可能輸送靜態(tài)信號。在隔離層的接收側(cè)（flipside），光隔離器的工作頻率（傳輸速度）受限于LED相對較慢的特性。對混合動力/電動汽車應(yīng)用來說，光隔離有限的壽命是一個主要缺點。隨著時間的推移，LED的效率將降低，從而需要加大信號驅(qū)動電流（通常從 10mA開始），所以，隨著時間的綿延，這種光隔離終將無法發(fā)揮功用。
電感隔離使用兩個線圈之間的磁場變化實現(xiàn)跨隔離勢壘 （isolation barrier）的通訊。電感隔離法的一個優(yōu)點是共模和差分傳輸間的不同，這意味著它的抗噪能力良好。這種方法的缺點是可能來自磁場的失真，對混合動力/ 電動汽車應(yīng)用的馬達(dá)控制環(huán)境來說，這種失真很常見。
電容隔離利用穿越隔離勢壘的電場變化。電容隔離法的好處是對磁場的免疫力更強(qiáng)和長的系統(tǒng)壽命。電容隔離與電感隔離法的傳輸速度近似。
但電容隔離法的缺點是沒有差分信號（即：信號和噪聲共享同一信道）。另外，與電感隔離法一樣，它們都不能直接傳輸靜態(tài)信號（必須先與頻率信號進(jìn)行編碼）。
3 隔離產(chǎn)品
一個采用電容隔離法的例子是德州儀器的 ISOxxxx系列。圖2是ISO72xx系統(tǒng)簡化架構(gòu)圖。ISOxxxx組件在單一封裝內(nèi)，整合兩個放置在分離型導(dǎo)線架上的裸晶，以及傳送和接收芯片。兩個裸晶間僅透過一條接合線連接。在接收器上實現(xiàn)的實際隔離功能，是采用基于二氧化硅（SiO2，即玻璃）的，以銅和摻雜硅為基板電極的電容（圖3）。使用SiO2可帶來高可靠性和長壽命的優(yōu)點。
圖2：TI的ISO 72xx系列架構(gòu)圖。
圖3：TI的ISO72xx系列裸片照片，右側(cè)的接收器芯片上采用了二氧化硅隔離。
兩個信道同時允許直流和交流通訊，此外，它還具有故障防范功能。
基本AC信道使用輸入信號，并在過濾后透過由隔離電容組成的差分對傳輸該信號。然后，接收芯片上的施密特觸發(fā)器的輸入端對其進(jìn)行檢測，最后經(jīng)輸出緩沖器輸出該接收到的信號。它可實現(xiàn)非常高速的傳輸、輕微脈寬失真和短傳輸延遲，但不能發(fā)送DC信號。
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