【选型】高速数字信号隔离器件保障新能源汽车安全上路

时间： 2016-11-17 来源：世强

技术问答

新能源汽车超低甚至零排放的特点保护了我们赖以生存的环境，已经日益被人们所青睐，政府部门更是在大力推广。随着新能源汽车的应用越来越多，其安全问题也越来越被人们重视。为了产品的安全性能，新能源系统内部的隔离器件是必不可少的。

SILICON LABS推出了各类型各系列的隔离器件。Si86XX数字隔离器系列产品具有业界最快、最高精确度的规格，最高噪声抑制力和可靠性，最低电磁噪声辐射和高压条件下的最长使用寿命。Si86xx数字隔离器非常适用于电动汽车中的电池管理系统和充电桩设备。其中Si866x单芯片最多6通道隔离，是目前市面上隔离通道最多的芯片，能更好的减少系统设计的BOM成本。另外，Si82XX系列的隔离驱动芯片电流有0.5A和4A两种规格，非常适合电机控制和IGBT的控制。Si8920 隔离放大器在电机驱动、电动车、混合动力电动车、高压功率转换器里应用广泛。Si87XX可以直接替代高端光耦，在变频器的IPM模块通信中使用普遍。

世强代理的Silicon Labs隔离芯片在新能源汽车系统中应用广泛，为新能源的更好发展保驾护航。下面我们看一下新能源汽车系统中能用到隔离产品的介绍。

新能源汽车核心的几个部分如图1所示：

图1：纯电动汽车的简单构造图

由图1可知，新能源汽车里最核心部分是控制器，其包括逆变器、电机驱动器、DC-DC变换器、电池管理系统等多个重要的系统。逆变器是将动力电池的直流电变成交流再将交流输送给电机做汽车动力输出；DC-DC变换器是将动力电池经过逆变、整流变成给车载用电器供电的电源；电池管理系统也是至关重要的，直接关系到动力的来源，包括电池管理和充电管理。

图2：纯电动汽车的能量流向

对研发人员来说，更关心是新能源汽车核心部分的电路结构和控制方式以及器件的选型。那就先来看看新能源汽车核心部分目前最主流的电路设计方案。

1）电机驱动

目前有两种拓扑可供采用，一种是隔离驱动和IGBT单管或模块，另一种是采用数字隔离器件和IPM模块。

图3：隔离驱动和IGBT单管或者模块

2）DC-DC变换系统设计方案

一般采用单相全桥逆变方式，在功率部分一般选用隔离驱动和MOSFET来实现，输出电压一般在14V左右，功率大概为2KW~5KW范围。

3）电池管理系统

主要对锂电池的电压、电流、温度以及充放电工作状态等各项指标的监控。在充电部分目前有两种方式，一种是直接连接充电站的充电桩来快速大电流的充电，另一种是外接工频交流来充电，后者需要内部带有交流转直流的车载充电机。

图4：车载型的DC-DC直流充电机

在以上3大系统中需要用ECU将他们有机的结合起来，由于动力电池电压为高压部分，因此各种数字信号的传输需要采用隔离方式。下面就可应用在这3大系统中的Silicon Labs的几款性能较好较常用的隔离方案做详细的介绍。

新型Si86xx是业内首款隔离等级可达5kV的6通道隔离器。其有3.75kV和5kV两个等级的数字隔离器可以替代需要安全操作和高级绝缘保护应用中的光耦合器。Si86xx基于Silicon Labs公司专利数字隔离技术，使得其隔离等级可高达5kV，从而可以延长苛刻应用环境中的产品寿命。工作范围是-40- 125°C，已通过AEC - Q100标准资格及RoHS认证。另外，其无可比拟的隔离通道数还有助于开发人员最小化分立隔离器数量，简化宽数据总线高速系统中定时和隔离面临的挑战，从而减少BOM成本和电路板面积。现已广泛应用在AC-DC和DC-DC电源供应、太阳能电池板微型逆变器、数据通信系统和混合动力电动汽车（HEV）等系统的CAN总线和SPI总线等的隔离。

Si86xx在电磁辐射和干扰抑制方面具有显著的性能优势，可在噪声环境下提供无错数据传输，同时电磁辐射比竞争对手解决方案低达20dB。Si86xx系列数字隔离器具有最高的电磁场抑制能力，满足噪声环境下的运行要求，又适用于电机控制、工业自动化和电源应用，以及绿色能源等应用。

Si86xx隔离器具有-40至125ºC全温度范围内业界最快的150Mbps数据传输率，对于节能系统设计，能在1Mbps数据速率下以每通道小于1.6mA的超低功率运行。即使在极端高速和高温苛刻环境下运行，Si86xx系列产品的稳固架构也能确保信号的完整性。

Si8920 是一款电位隔离模拟放大器，可输出放大 8.1倍或16.2 倍的差分模拟信息。低压差分输入理想适用于测量分流器电阻两端的电压或必须把传感器与控制系统隔离的电路。Si8920 的极低信号延迟允许控制系统快速对故障状况或负载变化做出反应。低偏移和增益漂移确保在整个运行温度范围内保持精确度。极高的共模瞬态抗扰度意味着 Si8920 即使在大功率开关（如电机驱动系统或逆变器中）的情况下也能进行精确地测量。

Si8920 隔离放大器采用 Silicon Labs 的专利隔离技术。其每个 UL1577 支持高达 5.0 kVrms 的耐受电压。该技术与其他隔离技术相比，具有更高的性能，降低因高温或老化造成的变化，更紧密的零件匹配，以及更长的使用寿命。在电机驱动，电动车/混合动力电动车，高压功率转换器里应用广泛。

ISOdrivers Si822x/3x产品提供了超快的传输延迟，具有更好的时序余量、绝对可靠的工作温度和时间，以及无以伦比的规模和成本效益。1、2.5、3.75和5.0kV 的隔离额定值都可用。驱动器间耐受电压为 ±1500VDC，最高8MHz切换频率。0.5A峰值输出或4.0A峰值输出，而且驱动器可以连接到相同或独立的地线进行接地，或者连接到浮动电压。共模瞬态抑制>25 kV/μs。非常适用于供电系统、电机控制系统、DC-DC隔离供电、照明系统、等离子显示器、太阳能和工业变换器。

Si87xx 隔离器是引脚兼容、单通道的插入式光电耦合器的替代产品，数据速率高达15 Mbps。这些设备隔离高速的数字信号，提供光电耦合器解决方案所不具有的性能、可靠性和灵活性优势。Si87xx 系列基于Silicon Labs的低功率和高速运行的专利 CMOS 隔离技术，具有光电耦合器中的磨损效应耐受性。磨损效应会提高温度和正向电流，加速设备老化，从而导致性能降低。因此，和传统的光电耦合器相比，Si87xx具有更长的服务寿命和更高的可靠性。Si87xx应用于变频器的IPM模块通信，CAN和485的数字通信隔离。

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全部评论（4）

山寨小飞侠 Lv3 2019-10-16

学习学习
曹园 Lv7. 资深专家 2018-12-24

好资料，好好学习。
一头笨牛 Lv8. 研究员 2018-06-08

学习
碧水孤鹜 Lv8. 研究员 2018-05-21

学习了

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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

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