數(shù)字隔離在新能源汽車中的應(yīng)用

時(shí)間：2011-06-19 05:04:04

關(guān)鍵字：新能源汽車數(shù)字隔離光隔離 LED

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[導(dǎo)讀]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(dòng)力和電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，在交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)引發(fā)了新的、前所未知的挑戰(zhàn)。原來(lái)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

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(dòng)力和電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，在交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)引發(fā)了新的、前所未知的挑戰(zhàn)。原來(lái)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(jì)算機(jī)中所有部件所需要的電能，從而對(duì)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(dòng)車典型系統(tǒng)架構(gòu)。

　　與工業(yè)應(yīng)用相較，汽車和運(yùn)輸應(yīng)用對(duì)隔離有著不同要求。堅(jiān)實(shí)可靠當(dāng)然是必須的，而對(duì)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(huì)在車內(nèi)產(chǎn)生必須妥善處理的強(qiáng)磁場(chǎng)。所用零件的使用期限必須足夠長(zhǎng)以滿足車輛預(yù)期壽命要求；例如必須滿足大型運(yùn)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(dòng)對(duì)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(shí)，這些領(lǐng)域的成本壓力，將推動(dòng)對(duì)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(dòng)器等組件就展現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。

　　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：式，電容式和射頻式。以下將介紹前三種方法。

　 光隔離的主要優(yōu)點(diǎn)是光對(duì)電場(chǎng)或磁場(chǎng)具有免疫力及有可能輸送靜態(tài)信號(hào)。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(duì)較慢的特性。對(duì)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車應(yīng)用來(lái)說(shuō)，光隔離有限的壽命是一個(gè)主要缺點(diǎn)。隨著時(shí)間的推移，LED的效率將降低，從而需要加大信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流（通常從 10mA開始），所以，隨著時(shí)間的綿延，這種光隔離終將無(wú)法發(fā)揮功用。

　　電感隔離使用兩個(gè)線圈之間的磁場(chǎng)變化實(shí)現(xiàn)跨隔離勢(shì)壘（isolation barrier）的通訊。電感隔離法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是可能來(lái)自磁場(chǎng)的失真，對(duì)混合動(dòng)力/ 電動(dòng)汽車應(yīng)用的馬達(dá)控制環(huán)境來(lái)說(shuō)，這種失真很常見。

　　電容隔離利用穿越隔離勢(shì)壘的電場(chǎng)變化。電容隔離法的好處是對(duì)磁場(chǎng)的免疫力更強(qiáng)和長(zhǎng)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(diǎn)是沒(méi)有差分信號(hào)（即：信號(hào)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(hào)（必須先與頻率信號(hào)進(jìn)行編碼）。

　　3 隔離產(chǎn)品

　　一個(gè)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(jiǎn)化架構(gòu)圖。ISOxxxx組件在單一封裝內(nèi)，整合兩個(gè)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(gè)裸晶間僅透過(guò)一條接合線連接。在接收器上實(shí)現(xiàn)的實(shí)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(lái)高可靠性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)。

圖2：TI的ISO 72xx系列架構(gòu)圖。 [!--empirenews.page--]

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(gè)信道同時(shí)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(hào)，并在過(guò)濾后透過(guò)由隔離電容組成的差分對(duì)傳輸該信號(hào)。然后，接收芯片上的施密特觸發(fā)器的輸入端對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，最后經(jīng)輸出緩沖器輸出該接收到的信號(hào)。它可實(shí)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(hào)。