數字隔離在新能源汽車中的應用

1 交通應用中的隔離要求

　　汽車、卡車和摩托車中采用的混合動力和電動傳動系統，在交通運輸產業引發了新的、前所未知的挑戰。原來的12V電壓網絡現在需輔之以400V或更高的電池　　電源是向電子設備提供功率的裝置，也稱電源供應器，它提供計算機中所有部件所需要的電能，從而對汽車OEM和系統模塊供貨商提出了一系列全新要求。諸如高壓電池、DC/DC轉換器

　　轉換器從原理上可分為協議轉換器、接口轉換器兩大類。從應用上又可以分光纖轉換器、光電轉換器、視頻轉換器等等。例如視頻轉換器就是一種連接電腦和電視的設備，它可以把電腦上的內容轉換并顯示在電視機上，讓人們可以在電視上學電腦，上網，玩游戲，做商業演示，看股票等等。

圖1：電動車典型系統架構。

　　與工業應用相較，汽車和運輸應用對隔離有著不同要求。堅實可靠當然是必須的，而對磁“噪聲”也必須要有強大抵抗力。車內的大功率水平（如工作在400V的 100KW馬達，意味著250A的工作電流）會在車內產生必須妥善處理的強磁場。所用零件的使用期限必須足夠長以滿足車輛預期壽命要求；例如必須滿足大型運輸應用幾十年的使用要求。用于汽車環境的產品，將推動對汽車應用質量（Q1）的要求，以及要滿足-40至+125℃的工作溫度范圍。

　　同時，這些領域的成本壓力，將推動對更高系統整合度的要求，因此，具備隔離功能的單芯片產品，如CAN收發器、ADC或門極驅動器等組件就展現出了優勢。

　　2 不同的數字隔離技術

　　原則上，有四種不同的數字隔離方法：　　能產生電感作用的元件統稱為電感原件，常常直接簡稱為電感。電感器在電子制作中雖然使用得不是很多，但它們在電路中同樣重要。我們認為電感器和電容器一樣，也是一種儲能元件，它能把電能轉變為磁場能，并在磁場中儲存能量。式，電容式和射頻式。以下將介紹前三種方法。

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　　電感隔離使用兩個線圈之間的磁場變化實現跨隔離勢壘 （isolation barrier）的通訊。電感隔離法的一個優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/ 電動汽車應用的馬達控制環境來說，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和長的系統壽命。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信號（必須先與頻率信號進行編碼）。

　　3 隔離產品

　　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系統簡化架構圖。ISOxxxx組件在單一封裝內，整合兩個放置在分離型導線架上的裸晶，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點。

圖2：TI的ISO 72xx系列架構圖。

圖3：TI的ISO72xx系列裸片照片，右側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器的輸入端對其進行檢測，最后經輸出緩沖器輸出該接收到的信號。它可實現非常高速的傳輸、輕微脈寬失真和短傳輸延遲，但不能發送DC信號。

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