【经验】如何通过电流隔离提高EV/HEV安全性、性能和可靠性

时间： 2019-09-11 来源：Silicon Labs

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模块化EV/HEV电路组件具有固定和浮动接地、模块间不同电压以及本地（具潜在致命性）电池和电源电压的组合。鉴于这些情况，电流隔离是电动和混合动力汽车设计中的必要条件。

什么是电流隔离，它在电气系统设计中起到什么作用？电流隔离使电气系统的功能部分绝缘，以防止电流在各部分之间流动，同时允许在各部分之间交换信息。图2通过电路A和B之间的简单隔离数据交换示例演示了这一概念。专用偏置电源VDD1和VDD2在隔离器的相应侧提供5V电源。施加在电路A输入端的5V接地参考脉冲序列被如实地传输到隔离器输出，在传输期间的任何时间都没有电流通过GND1和GND2之间。换句话说，GND1和GND2之间的阻抗有效地创建了一个开路，并且如在电流隔离定义中所述，在两个绝缘电路之间完成了成功的数据传输。

图2 基本隔离器行为

数字隔离的好处是可用于各种组合，以使EV/HEV电气系统更安全和更可靠。图3中的主逆变器框图显示了使用隔离的位置。隔离为相电流和电压测量电路中的高压电机驱动器和低压控制器提供安全隔离、电平移动和电压转换。同样，隔离驱动器在驱动器和高压电动机驱动电路之间提供这些相同的功能。隔离式DC/DC转换器在反馈环路中使用线性安全隔离，以确保电源的初级侧和次级侧之间没有电流流动，从而消除了高压击穿或泄漏到低压电路的可能性。最后，线性或数字隔离器能够用于传感器之间，以实现安全、电平移动、电压转换和可能的地环路消除。

图3 主逆变器中的隔离

EV/HEV中开关电源

开关电源转换器是EV/HEV系统的重要组成部分，用于主逆变器、辅助逆变器、12V网络DC/DC转换器和电池充电器。这些转换器可以转换电压和电流，以满足其设备的供电要求，并使用隔离来实现安全和电平移动。

图4显示了电池充电器内部的交流-直流转换器框图，其中输入电压由外部基础设施提供，例如充电点。如图所示，充电器的交流输入通过输入整流器和滤波器立即转换为直流，并由功率因数校正（PFC）电路调节。然后，经过调节的直流电压被初级侧开关电路“斩波”成脉冲，并施加到变压器初级。变压器“缩放”电压和电流脉冲，以满足充电器的输出要求。次级侧电路对高频脉冲进行整流和滤波，将其转换为直流。

电源控制管理闭环操作并监控传输到电池的电量，直到电池充满电为止。在此示例中，隔离组件提供了几个重要功能：变压器隔离转换器的初级侧和次级侧之间的功率传输；线性隔离为电流传感器、高压检测和反馈控制提供了安全隔离水平移动；数字隔离器为控制器局域网（CAN）总线接口提供安全隔离。

图4 DC/DC（12V网络）转换器

图5显示了在简化的HEV系统中隔离组件的使用位置和方式。与EV相比，HEV提出了更加困难的技术挑战，因为传动机构中的小型燃气发动机的复杂性增加了。这种添加使机械传动机构和电子设备复杂化。请注意，图4中的燃气发动机由专用发动机控制模块（ECM）管理，该模块包括一个隔离的CAN总线接口，使相对较低电压的HV ECU能够管理发动机转速、计时和其他关键参数。另请注意，电机/发电机（M/G）温度传感器隔离将传感器地与HV ECU地进行隔离，以实现安全和电压等级兼容性。此外，主和辅助逆变器、充电器和12V网络DC/DC转换器在存在不同地电位或高电压的情况下都可有效隔离。

图5 简化的HEV电气系统框图

增强系统集成

电动和混合动力汽车设计必须继续减少汽车重量、改进电池技术并增加动力转换系统能力。反过来，这些进步将需要开关电源拓扑和更大规模的系统级IC的创新。虽然现代CMOS隔离器件在性能上有所提高，但数字隔离的最大好处可能是它能够与其他功能集成以形成单芯片、隔离系统。

隔离器件在EV/HEV应用中无处不在，并且对于汽车和操作者的安全至关重要。这些器件提供安全隔离、无缝电平移动、消除地噪声，最终增强了汽车性能和可靠性。

SILICON LABS提供全品类隔离应用包括纯数字隔离器(1-8通道)，MOS管隔离驱动器，IGBT/IPM驱动器，电流检测传感器，电压检测传感器，为工业，医疗，汽车等行业提供可靠的电气安全保障。

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2013年09月01日 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 1.0 代理服务技术支持批量订货

电动汽车电池系统中电隔离和热传递的交叉：OBC、DC-DC和逆变器

描述- 本文探讨了电动汽车（EV）电池系统中电气隔离和热管理的挑战。文章强调了在电池管理系统（BMS）、充电器（OBC）、DC-DC转换器和逆变器等关键组件中，电气隔离和热管理的重要性。文章讨论了电池化学、电池组设计、热管理策略和电气隔离技术，以及它们如何影响电动汽车的性能、安全性和成本效益。此外，文章还提到了相关标准和法规，以及如何通过先进材料和制造工艺来优化电气隔离和热管理解决方案。

2023/7/11 - LAIRD - 白皮书代理服务技术支持批量订货

Silicon Labs（芯科科技） Si864x低功耗四通道数字隔离器官方数据手册

描述- 本资料描述Si864x 低功耗四通道数字隔离器主要应用于汽车、工业市场。

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

February 2018 - SILICON LABS - 数据手册 - Rev. 2.12 代理服务技术支持批量订货

Si87XX容耦隔离器较Si86XX隔离器有何性能提升？

Si87XX单通道高性能数字隔离器，可取代传统光耦，在Si86XX隔离器性能的基础上增加以下性能：1、增强VED/IEC 60747-5-2，带10kv涌浪；2、可直接替代常见光耦；3、最适合：高性能光耦升级（寿命长，高可靠和高数据率）。

2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

π220N61/π221N61 低功耗 5.0kV rms 双向 I²C 隔离器产品手册

描述- 该资料介绍了π220N61/π221N61低功耗双向I2C隔离器，这是一种基于荣湃半导体智能分压技术的产品。该隔离器具有超低功耗、高隔离电压和高速通信速率等特点，适用于多种电子设备中的数据隔离和保护。

型号- Π221N61,Π220N61,Π220N31Q

2021/12/06 - 荣湃半导体 - 数据手册 - Rev.1.2 代理服务技术支持批量订货

隔离器Si8715是怎样降低系统工作时的电磁干扰的？

隔离器Si8715主要通过现场取消的内部差分信号路径，调整隔离电容的大小和低功率电源振荡器设计组合实现低 EMI 操作。

2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

π220N31/π221N31低功耗3.0kV rms双向I²C隔离器

描述- 本资料介绍了荣湃半导体生产的π220N31/π221N31双向I2C隔离器。该产品具备低功耗、高隔离电压和宽工作温度范围等特点，适用于多种电子设备的板级或机架间通信。

型号- Π221N31,Π(2)(2)(0)(N)(3)(1)(Q),Π220N31,Π2XXXXX,PAI22XXXX,PAI220N31,Π22XXXX,PAI221N31

2021/05/17 - 荣湃半导体 - 数据手册 - 版本 1.1 代理服务技术支持批量订货查看更多版本

π220N31/π221N31 低功耗 3.0kV rms 双向 I²C 隔离器产品手册

描述- 该资料介绍了荣湃半导体生产的π220N31/π221N31低功耗双向I2C隔离器。这些隔离器采用SiO2介质隔离，支持3.0V至5.5V工作电压和高达2MHz的通讯速率，具备高共模瞬变抗扰度和多种安全和法规认证。

型号- PAI220N31Q,Π221N31,PAI221N31Q,Π220N31,PAI220N31,Π221N31Q,PAI221N31,Π220N31Q

2021/12/06 - 荣湃半导体 - 数据手册 - Rev.1.2 代理服务技术支持批量订货

【应用】驱动隔离器+数字隔离器，实现车载OBC控制器MOS管驱动和总线隔离

Silicon Labs推出最高输出电流为4A，安全隔离电压为5kvrms的隔离驱动器 Si8233和专为SPI通信隔离而定制的数字隔离器Si8641。

2017-11-03 - 新应用代理服务技术支持批量订货

隔离器Si8641与ISO7241A相比来说，有什么优势？

Si8641与ISO7241A均是4通道的1Mbps的数字隔离器，但是Si8641具有宽操作电压2.5V-5.5V，在5V供电时候，Si8641的功耗仅是1.6 mA/channel，隔离电压可以达到5kv，相比ISO7241A而言，Si8641有着超高性价比。

2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

【应用】荣湃半导体提供系列车规级单/双/数字隔离产品，助力提升电动汽车热管理系统安全性

在PTC电加热器和电动压缩机控制器中，为了保证用户人身安全，需要在高压电路（350-800V）和低压电路模块之间，对信号传输链路做可靠电气隔离设计。本文中荣湃半导体将为大家介绍隔离产品助力提升电动汽车热管理系统安全性的应用方案。

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【产品】共模瞬态抗扰度为35kV/μs的BM67220FV-C高速数字隔离器，绝缘耐压高达2500Vrms

全球最知名的半导体厂商罗姆(ROHM)株式会社推出了一款用于电动汽车和混合动力汽车的高速数字隔离器IC——BM67220FV-C。传播延迟最大值仅为45ns，上升/下降时间典型值均为2.5ns，待机电流的典型值为0μA。工作电源电压范围为4.5V~5.5V（最高不超过7V），共模瞬态抗扰度为35kV/μs，具有抑制共模信号快速瞬变的能力，可以在-40°C至+ 125°C的宽工作温度范围内工作。

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