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利用数字隔离器解决汽车xEV应用中的设计难题

上网日期: 2013年11月08日 ?? 作者: James Stegen ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:数字隔离器? xEV应用? 电池管理系统?

在为汽车xEV应用开发解决方案时,设计师会遇到的一个难题是如何在高压电池域与低压电池域电子元件之间传递数字数据。这一难题出现在多种应用之中,比如电池电压监测、电池电流测量、高压接触器监测、电机控制等。一种典型的电池管理系统(BMS)应用如图1所示,其中高亮显示的几个区域需要数字信号隔离,接下来我们将以其为基础,探讨各种设计考虑因素。

在BMS应用中,设计师需要开发一种解决方案,将来自各种集成电路的高速数字信号跨过隔离栅进行传输。对于本设计示例,这种高速数字信号即是串行外设接口(SPI)连接,用于BMS控制器与电池监测电子元件之间的通信。隔离栅必须保护工作于典型的12 V汽车电压域的BMS控制器电子元件,使其免受以高压(最高可达500 V)电池域为基准的电子元件的影响,同时还须具有卓越的耐受力,能承受车辆电力传动系统产生的高压电池瞬变。隔离栅和隔离器件非常重要,因为它们不但保护着车辆的电子元件,同时还保护着车辆乘客,使其免受高压电池产生的电击风险的影响。

对于隔离栅要求,设计师可以参阅各种行业标准,以确定印刷电路板设计的适用指南。对于数字隔离器件的选择,设计师则会遇到诸多难题,必须考虑几个关键性能参数,比如:器件功耗、PCB空间限制、数据速率/数据一致性(通道间匹配)、以及适当的隔离和工作电压(在汽车整个生命周期)。本文将探讨器件功耗和PCB板空间限制问题。

在上述两个难题的基础上,可以探讨如何确定正确的元件解决方案。对于数字隔离,目前市场上有多种技术可用,而在选择元件时可以考虑两种技术:基于光耦合器的隔离和基于数字技术的隔离。光耦合器通过LED产生光的方式进行工作,光通过一个透明隔离栅传导至一个光检测器,而数字隔离器则是采用高速CMOS工艺设计,集成空芯微变压器。


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