【应用】电动汽车的电池安全靠谁来保障？EMI超低的数字隔离器

时间： 2019-09-03 来源：世强

技术问答

概述
电动汽车应用中，高电压锂电池组的管理面临诸多挑战，除了必须的充放电监控管理，基于安全方面考虑，还需要对高压电池组进行必要的电气隔离。本文就锂电池监测的需求进行分析并探讨数字光耦在电池监控模块、数字通信模块和接口模块中的隔离应用。

在电池管理系统中，电池监控模块采用两个关键子系统来可靠地监控电池状态并把监控结果发送给系统主机。因为这个应用中存在高压和热地等，为了确保系统的安全及人身安全，模块系统间有必要进行隔离。

锂电池特性
复杂的电子系统需要满足电动汽车的性能、安全和可靠性要求，而电动汽车的电子系统或多或少都受到锂电池特性的影响。锂电池放电时，通常锂离子通过石墨阳极通过电解质移动到阴极，形成电荷流动，充电过程则相反。

这个化学反应过程的性能和可靠性主要依赖于电池芯的温度和电压。低温时，化学反应慢，电压更大，当温度上升，化学反应率加快，如果不进行控制，直到锂电池芯成分开始分解。如果温度高于100摄氏度，分解开始，会释放气体，这能引起大的压力问题，所以锂电池设计时要考虑气体压力的释放途径。在足够高的温度下，锂电池可能会因氧化物分解而释放出氧气，这进一步加速温度的上升。

因此，达到理想的运行状态对于锂电池来说是非常重要的，也是锂电池管理系统非常重要的控制目标。管理系统要能确保可靠的数据收集和分析来监控汽车上锂电池的状态。

通常，汽车电池包含几百个锂电池单元，这些单元又分属于几十个不同的电池组，通过串并联的复杂组合得到高达几百伏的直流电压。这些电池结合温度传感及冷却部分组成几个主电池模块。电池模块电压、电流和温度等数据上传到电池能量控制模块，这个模块再把检测到的故障状况、状态和诊断信息等上传到混合动力传动系控制模块，给到汽车的中央控制器。任何时候，整个系统每十分之一秒就运行超过500次的诊断，85%的诊断集中在电池组的安全性能上，15%的诊断主要是关于电池性能和寿命的。

多层板
电池性能的分析通常都是从电池接口控制模块开始的，为了得到高信号完整性，通常使用四层PCB来实现。通过走线布局技巧、隔离技术，以及地平面处理相结合，来确保信号的完整性。最上面一层包含关键器件，如隔离、地平面和信号走线等。第二层中，主要是功率和地平面之下的PCB的高电压部分传播；第三层包含这些区域的信号走线等。最底层，用于地平面和信号走线以及其他元器件等。

信号隔离
电动汽车中通信和控制是整个汽车运行的基石，并且各模块间多采用隔离来保护各个子系统。复杂的算法管理着各个锂离子电池组和电池接口控制模块上的各子系统，最终，对于整个系统所需要的电池管理的关键数据都是通过CAN总线实现的。同时，系统的安全性和可靠性取决于来自高电压检测电路CAN总线网络的安全隔离。虽然隔离可以使用各种方法和元件进行改造，在恶劣的环境下要符合众多安全法规，电气隔离是一个优先的解决方案。

汽车级数字隔离具有高共模噪声抑制能力，并能从根本上提升汽车对EMC和EMI的免疫力。此外，这些高隔离水平的隔离产品能耐受来自于电池包的长期的电压压力和在测试、充放电连接、以及直流-直流转换过程中产生的瞬态高压噪声。

在选择这些重要的元器件时，汽车应用的核心需求包括合适的的封装和工作电压规格等。尽管诸如速度、数据率和功耗等参数指标也很重要，但考虑到非常快的开关速度以及高电流变化容易引起EMI问题，这抑制了对这些参数指标需求。

为了符合汽车应用环境的严格规范要求，SILICON LABS提供了多个系列的汽车级隔离产品应用于电池组的电压检测、数据通信接口及其他需要隔离的场合。

业界最低功耗、最强抗扰能力的6通道汽车级数字隔离器

Silicon Labs的Si86xx系列数字隔离器就提供了电池接口控制板所需要的隔离功能，适合油电混合电力车和电动车的应用，该系列产品使用最新的CMOS芯片技术达到卓越的性能和超低功耗，所有器件都符合AEC-Q100要求并可在 -40°C到125°C的温度范围内工作。

Si86xx系列是最宽、最快的数字隔离器，封装可选SOIC8、SOIC16窄体或宽体；拥有业界最低功耗，<1.6mA/ch @ 1 Mbps 比光耦低5倍；具有最好的时序特性，延时比光耦低3倍（<13ns)，抖动比光耦低2倍(350ps)；长期的可靠性，超过60年MTTF@150°C，可保证汽车产品完全的生命周期。

Silicon Labs Si86xx系列隔离产品采用的隔离材料是SIO₂，以此作为电介质，有很低的失效率，介电强度可达500V/um。在达到同级隔离性能的同时隔离层可以做的更薄，全球销售量数以亿计的晶体管皆采用CMOS工艺，已经充分验证了SIO2的可靠性值得信赖。其隔离电压等级可选2.5KV、3.75KV、5KV，甚至10KV（SI86xxxT）；拥有高达150Mbps的隔离速度，单芯片最多可支持6个通道——业界集成度最高；可实现正向、反向以及双向的隔离需求，并方便支持IIC、SPI、CAN、LIN、UART等数字通讯接口的隔离使用。Si86xx系列数字隔离器的EMI低于光耦20dB，且不需要做昂贵的屏蔽措施；内部查分信号和窄带接收保证了极高的抗电磁干扰性能，50KV/us CMTI保证了地噪声不会破坏数据；还具有业界最佳的抗噪声能力，通过了UL、CSA、VDE认证。

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绝世好男 Lv4 资深工程师 2017-12-29

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绝世好男 Lv4 资深工程师 2017-12-29

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上校 Lv7. 资深专家 2019-11-14

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无悔 Lv7. 资深专家 2019-10-10

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korey Lv7. 资深专家 2019-01-18

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绝世好男 Lv4. 资深工程师 2017-12-29

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型号- SI8642BB-B-IU,SI8641BB-B-IS,SI8642BB-B-IS,SI8641BB-B-IU,SI8640BD-AS,SI8645BD-B-ISR,SI8642ET-IS,SI8645BA-B-IU,SI8642EB-B-IU,SI8642BB-B-IS1,SI8641EX,SI8640EB-B-IU,SI8641EB-B-IU,SI8641BT-ISR,SI8641BD-B-IS2,SI8642ET-AS,SI8645BB-B-IS,SI8645BB-B-IU,SI8640BB-B-IU,SI8640BB-B-IS,SI8641ED-B-IS2,SI8642BC-B-IS1R,SI8645BB-B-IS1,SI8640ED-B-IS2,SI8641ET-IS,SI8642EA-B-IU,SI8640BT-IS,SI8640BD-B-IS,SI8642EA-B-IUR,SI8642BA-B-IU,SI8640BA-B-IU,SI8642ET-ISR,SI8642BD-B-IS,SI8641BA-B-IUR,SI8642ET-ASR,SI8642BD-B-ISR,SI864X,SI8645ET-ISR,SI8641ED-B-ISR,SI8640ED-B-IS,SI8642ED-B-IS,SI8642ED-B-ISR,SI8641ED-AS,SI8640EC-B-IS1,SI8642BD-ASR,SI8642EB-B-IUR,SI8641BB-B-IS1,SI8641BT-IS,SI8640EX,SI8640BD-B-IS2,SI8640BB-B-IUR,SI8641BB-B-IS1R,SI8645ET-IS,SI8641BC-B-IS1R,SI8642BD-B-IS2R,SI8641BD-AS,SI8640ED-B-IS2R,SI8642ED-B-IS2,SI8641BA-B-IU,SI8640BB-B-ISR,SI8645BA-C-IUR,SI8642EC-B-IS1R,SI8642EA-AU,SI8640BC-B-IS1,SI8642ED-B-IS2R,SI8645BD-B-IS,SI8641BD-B-IS,SI8641BD-ASR,SI8642BX,SI8640BA-B-IUR,SI8645BT-ISR,SI8641EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1,SI8645BB-B-IUR,SI8640BD-ASR,SI864XXT,SI8641EC-B-IS1,SI8645BT-IS,SI8640BC-B-IS1R,SI8641EB-B-IUR,SI8640BB-B-IS1R,SI8641BA-C-IU,SI8642BA-C-IU,SI864XXA,SI8640BD-B-IS2R,SI8641BB-B-IUR,SI864XXC,SI864XXB,SI864XXD,SI8642BA-C-IUR,SI8642EC-AS1,SI8645BB-B-IS1R,SI8641ED-ASR,SI8641BD-B-IS2R,SI8642EC-AS1R,SI8641BA-C-IUR,SI8641BB-B-ISR,SI8642BT-ISR,SI8642BB-B-IUR,SI8640BD-B-ISR,SI8640BB-B-IS1,SI8641BC-B-IS1,SI8641BX,SI8640EC-B-IS1R,SI8645BX,SI8641BB-AS1R,SI8640ED-ASR,SI8642EC-B-IS1,SI8640ET-IS,SI8645BB-B-ISR,SI8640ED-B-ISR,SI8642BT-IS,SI8641ET-ISR,SI8642EX,SI8642BB-AS1,SI8640EB-B-IUR,SI8645BA-B-IUR,SI8642BD-B-IS2,SI8642EA-AUR,SI8642BB-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1R,SI8640ED-AS,SI8641ED-B-IS2R,SI8641BB-AS1,SI8645BA-C-IU,SI8642BB-B-ISR,SI8645,SI8642BA-B-IUR,SI8640,SI8641,SI8642,SI8640BX,SI8641BD-B-ISR,SI8642BC-B-IS1,SI8640ET-ISR,SI8642BB-AS1R,SI8642BD-AS,SI8640BT-ISR,SI8641ED-B-IS

数据手册 - SILICON LABS - Rev. 2.12 - February 2018 PDF 英文下载

Silicon Labs（芯科科技） Si86xx数字隔离器数据手册

型号- SI8661BC-B-IS1R,SI8642BB-B-IS,SI8642ED-B-ISR,SI8621BC-B-ISR,SI8620AX,SI8652BB-B-IS1R,SI8651BB-B-IS1,SI8660BA-B-IS1,SI8650,SI8662BC-B-IS1,SI8663AB-B-IS1R,SI8645BA-B-IU,SI8655,SI8642BB-B-IS1,SI8651,SI8652,SI8620AB-B-ISR,SI8652EC-B-IS1,SI8660BB-B-IS1R,SI863X,SI8640BB-B-IS,SI8650BD-B-ISR,SI8645BB-B-IS1,SI8630AB-B-IS1R,SI8663EC-B-IS1R,SI8640BD-B-IS,SI8662BB-B-IS1R,SI8660,SI8661,SI8635BD-B-ISR,SI8610BB-B-ISR,SI8660ED-B-ISR,SI8635BD-B-IS,SI8622ED-B-ISR,SI8662,SI8663,SI8642BD-B-IS,SI8661EC-B-IS1,SI8631BD-B-IS,SI8631AX,SI864X,SI8610ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1R,SI8630BC-B-IS1,SI8640EC-B-IS1,SI8661EC-B-IS1R,SI8663BD-B-IS,SI8622EC-B-ISR,SI8610BB-B-IS,SI8641BB-B-IUR,SI865X,SI8660BA-A-IS1,SI8651ED-B-ISR,SI8641BC-B-IS1R,SI8642AX,SI8663ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1,SI8631BB-B-IS,SI8635BB-B-IS,SI8661AB-B-IS1,SI8661AB-B-IS1R,SI8642AB-B-IS,SI8650ED-B-IS,SI8641BA-B-IU,SI8631AB-B-IS,SI8622EB-B-IS,SI8650AB-B-IS1R,SI8620AB-B-IS,SI8631EC-B-IS1,SI8655BD-B-ISR,SI86XX,SI866X,SI8621ED-B-IS,SI8663BC-B-IS1R,SI8630AX,SI8640BA-B-IUR,SI8641BD-B-ISR,SI8652AB-B-IS1,SI8622EC-B-IS,SI8641EC-B-IS1,SI8621BB-B-IS,SI8631AB-B-ISR,SI8631BB-B-ISR,SI8640AB-B-IS1,SI8640BC-B-IS1R,SI8652BD-B-IS,SI8655BD-B-IS,SI8610BC-B-ISR,SI8630ED-B-ISR,SI8662BD-B-ISR,SI8610AB-B-IS,SI8620BC-B-IS,SI8620BB-B-IS,SI8610,SI8641AX,SI8662BB-B-IS1,SI8620EC-B-IS,SI8655BB-B-IS1R,SI8660ED-B-IS,SI8645BB-B-IS1R,SI8631BB-B-IS1,SI8622BB-B-ISR,SI8620ED-B-ISR,SI8650BC-B-IS1,SI8663AB-B-IS1,SI8640AB-B-ISR,SI8662ED-B-ISR,SI8622ED-B-IS,SI8630BC-B-IS1R,SI8641BB-B-ISR,SI8622,SI8642BT-ISR,SI8631BC-B-IS1R,SI8640BB-B-IS1,SI8641BC-B-IS1,SI8620,SI8641BD-D-IS,SI8621,SI8640EC-B-IS1R,SI8652AX,SI8641ED-B-ISR,SI8620BC-B-ISR,SI8620BD-B-IS,SI8622BD-B-IS,SI8655BA-B-ISR,SI8620EC-B-ISR,SI8641ED-B-IS,SI8640AB-B-IS1R,SI8661BD-B-IS,SI8635,SI8630EC-B-IS1R,SI8630,SI8631,SI8640AX,SI8663AX,SI8630AB-B-IS1,SI8621AB-B-ISR,SI861X,SI8652ED-B-IS,SI8650EC-B-IS1,SI8642BB-B-IS1R,SI8620BD-B-ISR,SI8662AB-B-IS1R,SI8662BC-B-IS1R,SI8663ED-B-IS,SI8650BD-B-IS,SI8640BC-B-IS1,SI8645,SI8662EC-B-IS1,SI8640,SI8641,SI8630ED-B-IS,SI8642,SI8651AX,SI8640AB-B-IS,SI862X,SI8641BB-B-IS,SI8655BA-B-IUR,SI8621EC-B-ISR,SI8661BB-B-IS1R,SI8652BC-B-IS1R,SI8655BB-B-IS1,SI8645BD-B-ISR,SI8642AB-B-IS1,SI8620BB-B-ISR,SI8662AX,SI8645BB-B-IS,SI8650ED-B-ISR,SI8662EC-B-IS1R,SI8642BC-B-IS1R,SI8660AB-B-IS1,SI8642BA-B-IU,SI8621AB-B-IS,SI8640BA-B-IU,SI8652EC-B-IS1R,SI8660BA-B-IS1R,SI8642AB-B-ISR,SI8630EC-B-IS1,SI8630AB-B-IS,SI8651AB-B-IS1,SI8641BA-B-IUR,SI8650AX,SI8631ED-B-IS,SI8642BD-B-ISR,SI8652BB-B-IS1,SI8660BC-B-IS1R,SI8630AB-B-ISR,SI8640ED-B-IS,SI8651BB-B-IS1R,SI8642ED-B-IS,SI8652AB-B-IS1R,SI8622BC-B-ISR,SI8631BC-B-IS1,SI8650BB-B-IS1,SI8610ED-B-IS,SI8631AB-B-IS1R,SI8641BB-B-IS1,SI8650BC-B-IS1R,SI8660BD-B-IS,SI8655BA-C-IUR,SI8631BD-B-ISR,SI8641BB-B-IS1R,SI8663BD-B-ISR,SI8661AX,SI8610BC-B-IS,SI8651EC-B-IS1,SI8661BB-B-IS1,SI8631EC-B-IS1R,SI8661ED-B-IS,SI8622EB-B-ISR,SI8652BC-B-IS1,SI8631AB-B-IS1,SI8651BD-B-ISR,SI8610AB-B-ISR,SI8621ED-B-ISR,SI8640BB-B-ISR,SI8622BD-B-ISR,SI8630BB-B-IS1R,SI8642EC-B-IS1R,SI8645BD-B-IS,SI8641BD-B-IS,SI8661BC-B-IS1,SI8630BD-B-IS,SI8660EC-B-IS1,SI8610BD-B-ISR,SI8641EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1,SI8650EC-B-IS1R,SI8622BB-B-IS,SI8630BD-B-ISR,SI8640BB-B-IS1R,SI8641BA-C-IU,SI8635BB-B-ISR,SI8621BC-B-IS,SI8641AB-B-IS1R,SI8622BC-B-IS,SI8660AX,SI8610EC-B-ISR,SI8621EC-B-IS,SI8651BC-B-IS1,SI8651ED-B-IS,SI8662ED-B-IS,SI8610AX,SI8641BA-C-IUR,SI8652BD-B-ISR,SI8663EC-B-IS1,SI8621BD-B-ISR,SI8641BB-B-IU,SI8651BD-B-IS,SI8651EC-B-IS1R,SI8663BB-B-IS1R,SI8620ED-B-IS,SI8640BD-B-ISR,SI8660AB-B-IS1R,SI8641AB-B-IS,SI8642AB-B-IS1R,SI8660BC-B-IS1,SI8630BB-B-ISR,SI8642EC-B-IS1,SI8640ED-B-ISR,SI8645BB-B-ISR,SI8621AX,SI8660BD-B-ISR,SI8655BA-B-IS,SI8641AB-B-IS1,SI8650AB-B-IS1,SI8661BD-B-ISR,SI8663BC-B-IS1,SI8631ED-B-ISR,SI8662BD-B-IS,SI8655BA-B-IU,SI8650BB-B-IS1R,SI8621BB-B-ISR,SI8645BA-B-IUR,SI8630BB-B-IS,SI8610EC-B-IS,SI8630BB-B-IS1,SI8660BB-B-IS1,SI8610BD-B-IS,SI8660EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1R,SI8662AB-B-IS1,SI8663BB-B-IS1,SI8652ED-B-ISR,SI8641AB-B-ISR,SI8661ED-B-ISR,SI8642BB-B-ISR,SI8631BB-B-IS1R,SI8642BA-B-IUR,SI8651AB-B-IS1R,SI8642BC-B-IS1,SI8621BD-B-IS,SI8651BC-B-IS1R

数据手册 - SILICON LABS - Rev. 1.0 - 2013年09月01日 PDF 英文下载

Silicon Labs（芯科科技） Si88x4x数字隔离器数据手册

型号- SI8834X,SI88641ED-IS,SI88X4X,SI88441ED-IS,SI88341ED-IS,SI88241ED-IS,SI88243BD-IS,SI88243ED-ISR,SI88242BD-IS,SI88242BD-IS,SI88440ED-IS,SI88640ED-IS,SI88340ED-IS,SI88242ED-ISR,SI88240ED-IS,SI88642ED-IS,SI88241BD-IS,SI88242ED-IS,SI88244BD-IS,SI88442ED-IS,SI88242BD-ISR,SI88644ED-IS,SI88X40,SI88X41,SI88X44,SI8824X,SI88X42,SI88444ED-IS,SI88644ED-IS,SI8844X,SI88X43,SI8864X,SI88240BD-IS,SI88644,SI88244ED-IS,SI88344ED-IS,SI88244ED-ISR,SI88443ED-IS,SI88643ED-IS,SI88243ED-IS,SI88241ED-ISR,SI88343ED-IS,SI88342ED-IS,SI88240ED-ISR,SI88241,SI88642,SI88240,SI88243,SI88242,SI88244

数据手册 - SILICON LABS - Rev. 0.6 - 2015年07月15日 PDF 英文下载

【应用】CMTI典型值达75kV/μs数字隔离器π122E61Q用于BMS电池系统，速率高达200Mbps

OBC由BMS监控，车上基本都是通过CAN来通信, 数字隔离器有安全，抗干扰，电平转换等优点，在CAN收发器和控制器之间可以增加数字隔离器π122E61Q，可以增加信号的可靠度和安全性。该产品具有超低功耗，0.58mA/通道(1Mbps时)，速率高达200Mbps，满足BMS系统的需求。

应用方案发布时间 : 2022-11-27

数字隔离器选型：速度高达150M的Silicon Labs数字隔离器，成熟应用于新能源汽车，医疗，工业控制等领域

Silicon Labs数字隔离器产品具有低功耗，最多可达8通道，提供良好的电磁兼容性，有效避免外部电磁干扰，全系产品均过AEC-Q100车规级认证，常年备库存，价格便宜20%。世强是Silicon Labs数字隔离器代理商，可提供Silicon Labs数字隔离器新产品新技术、技术资料、Silicon Labs数字隔离器选型，Silicon Labs数字隔离器供应等服务。

厂牌及品类发布时间 : 2018-06-11

【应用】纳芯微双通道数字隔离器NSI8221N1-Q1SPR用于BMS，数据传输速率高达100Mbps

标准中定义中BMS包括控制板与采集板，其控制板与采集板之间是需要通信进行数据交换，BMS上有低压电路，也有高压电路，因此在高低压之间则需要使用通信隔离芯片。本文介绍纳芯微双通道数字隔离器NSI8221N1-Q1SPR在BMS应用上的优势。

应用方案发布时间 : 2022-11-08

【选型】荣湃数字隔离器π141E61Q助力车载BMS SPI隔离电路设计，隔离电压高达5000Vrms

在某车载BMS产品设计中客户须选用一数字隔离器用于MCU与电池管理前端AEF器件间的SPI通讯隔离，要求：四通道、10Mbps传输速率、隔离电压3750Vrms、双侧电压满足3.3/5V兼容、车规优先。推荐荣湃π141E61Q。

器件选型发布时间 : 2022-11-17

数字隔离器Si8640的VDD1和VDD2是否可以接不同的电压，如VDD1接5V，VDD2接3.3V？

可以，数字隔离器Si8640除了具有电气隔离的功能之外，还可用于在VDD1和VDD2接不同电压，进行逻辑电平转换。

技术问答发布时间 : 2017-05-05

Si8660/61/62/63 Data Sheet Low Power Six-Channel Digital Isolator

型号- 16SI8661BD-B-IS,SI8660BA-B-IS1,SI8663BD-B-IS,SI8661BB-B-IU,SI8662BC-B-IS1,SI8662BD-AS,SI8660BB-B-IU,SI8662BB-B-IU,SI8663BB-B-IU,SI8660BD-B-IS,SI8663BC-B-IS1,SI8660EB-B-IU,SI8661BD-B-IS,SI8661EB-B-IU,SI8662BD-B-IS,SI8660BC-AS1,SI8663EB-B-IU,SI8662BB-B-IS1,SI8662EB-B-IU,SI8663BD-AS,SI8661BB-B-IS1,SI8660BB-B-IS1,SI8660ED-B-IS,SI8661ED-B-IS,SI8662ED-B-IS,SI8660,SI8663BB-B-IS1,SI8663EC-B-IS1,SI8663ED-B-IS,SI8661,SI8661BD-B-IS2,SI8661BB-AS1,SI8662EC-B-IS1,SI8662,SI8663,SI8661EC-B-IS1,SI8661BC-B-IS1,SI8660BC-B-IS1,SI8660EC-B-IS1

数据手册 - SILICON LABS - Rev. 1.71 - January 2018 PDF 英文下载

【应用】荣湃低功耗车规级数字隔离器π122E31Q适用于OBC，可提升信号稳定性和可靠性

荣湃半导体数字隔离器π122E31Q具有电平转换、功耗低、信号脉宽失真小、延时短、抗共模干扰能力强、隔离耐压高等优点。在CAN收发器和控制器之间增加数字隔离器π122E31Q，可以进一步提高OBC信号的稳定性和可靠性。

应用方案发布时间 : 2022-06-09

【选型】BMS系统选型推荐数字隔离器Si8642，具有高数据传输速率、高隔离等级等优势

在电动汽车中一般采用200-400V的高压电池，同时还具有12V低压应用，因此需要注意隔离问题；MCU与电池管理系统通信，也需要增加总线隔离。针对BMS系统中多种隔离需求，推荐Silicon Labs的四通道数字隔离器Si8642，通信速率最高达到150Mbps，隔离等级5000VRMS，在功耗、延时、抖动特性均优于光耦，是汽车电池管理系统BMS隔离方案的优秀选择。

器件选型发布时间 : 2019-12-07