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據(jù)Gartner預(yù)計2022年全球?qū)⒊鲐?00萬輛電動汽車(包括電池電動汽車和插電式混合動力汽車)，高于2021年的400萬輛。隨著電動汽車銷量的增長，電動汽車的電池系統(tǒng)也在從400開始V過渡到800V，應(yīng)用更高效的隔離器件，實(shí)現(xiàn)敏感電子元件與快速瞬變高壓元件之間的安全通信。

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對于電源管理設(shè)備供應(yīng)商來說，系統(tǒng)升級也需要隔離設(shè)備的更新和迭代。在過去的25年里，德州儀器（TI）一直在深入培育隔離領(lǐng)域的創(chuàng)新，到2022年5月初發(fā)布了一系列新的隔離產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品有助于提高電動汽車的安全性，可以減少90%的解決方案和50%的成本

TI新能源汽車在隔離領(lǐng)域的電池系統(tǒng)正在從400開始V向800V這一升級過程對電源管理提出了更大的挑戰(zhàn)。TI電源開關(guān)、接口及照明部副總裁兼總經(jīng)理Troy Coleman介紹說，TI在各種方式支持汽車平臺到800V通過不斷推出新產(chǎn)品來應(yīng)對過渡EMI、功率密度、低靜態(tài)電流、低噪聲和隔離帶來的挑戰(zhàn)。

為了滿足800V系統(tǒng)需求，TI其隔離器件產(chǎn)品正在更新。例如，解決固態(tài)繼電器的幾個設(shè)計挑戰(zhàn)，將隔離集成到較小體積的包裝中，以獲得更高的功率密度，并在現(xiàn)有解決方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低靜態(tài)電流，以節(jié)省電池壽命；另一個例子是集成隔離DC/DC在轉(zhuǎn)換器上，通過減少重量、尺寸和增加800V提高電動汽車的功率密度。此外，TI為了支持日益增加的電壓強(qiáng)化隔離，硅和包裝技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。

隨著市場對安全性和更高電壓的要求，對可靠繼電器解決方案的需求也增加了。燃油汽車通常只使用12輛V不需要隔離或高壓電路的電池。高壓電動汽車的電池電壓通常是400-800V在范圍內(nèi)，電動汽車需要隔離來保護(hù)乘客，動力電池汽車上的所有設(shè)備都提供動力，因此其動力效率在電動汽車上變得更加關(guān)鍵。

800V母線電動汽車要求隔離裝置在車輛的整個生命周期內(nèi)可靠地隔離高壓。在正常運(yùn)行過程中，車輛也可能暴露在浪涌和過電壓下，這將進(jìn)一步增加隔離屏障的壓力。確保穩(wěn)定性和質(zhì)量，TI內(nèi)部高壓試驗(yàn)和認(rèn)證過程超過了VDE0884和IEC-要求60747-17。TrU-Blox代理oy補(bǔ)充說，TI專用電容和電感隔離技術(shù)為驅(qū)動?xùn)艠O驅(qū)動器、開關(guān)或其他功能等電路提供屏障。

當(dāng)然，TI隔離領(lǐng)域創(chuàng)新面臨的最大挑戰(zhàn)是如何將這么多功能集成到小包裝中，并保持高壓隔離要求和爬電額定值。Troy介紹說，TI這個問題是通過采用可靠的測試方法和封裝設(shè)計的創(chuàng)新來解決的。

TI致力于實(shí)現(xiàn)超高工作電壓和可靠性，縮小解決方案尺寸，降低高壓和安全關(guān)鍵應(yīng)用成本。自2006年發(fā)布以來ISO721D業(yè)內(nèi)首款SiO2電容為止，最新的電容隔離器已經(jīng)發(fā)布TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q固態(tài)繼電器。

新型固態(tài)繼電器：TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1 TI的TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q完全集成電源和信號隔離有助于在幾微秒內(nèi)管理電動汽車動力總成系統(tǒng)中的多千伏隔離。這些新設(shè)備可以在降低高壓汽車系統(tǒng)(包括8000)的同時，為行業(yè)提供優(yōu)異的可靠性和較小的解決方案尺寸V電動汽車)材料清單(BOM)成本。

如果設(shè)計的初衷是在電動汽車電池管理系統(tǒng)等的可靠性，如電動汽車電池管理系統(tǒng)，通常需要增加組件，這將增加車輛的尺寸、重量和成本。TI新的固態(tài)繼電器產(chǎn)品系列集成了單芯片中的電源和信號傳輸，幫助工程師節(jié)省設(shè)計中的組件，降低解決方案的尺寸，降低成本。Troy表示。

具體來看，TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q具有以下優(yōu)點(diǎn)——

?全新固態(tài)繼電器系列采用獨(dú)特的方法，可通過單個隔離柵在芯片上傳輸功率和信號；

?該產(chǎn)品系列的集成功能可以從設(shè)計中取消至少三個組件。與競爭解決方案相比，解決方案的尺寸可以降低90%，成本可以降低50%；

?與長期使用易發(fā)生故障的機(jī)電繼電器解決方案相比，TPSI3050-Q1.工作壽命可增加10倍，提供的增強(qiáng)隔離高達(dá)5倍kV RMS；

?TPSI2140-Q與光繼電器相比，它有助于更快地檢測高壓電池管理系統(tǒng)的故障，提高安全性。

Troy針對TPSI2140-Q1.做了更詳細(xì)的介紹。他表示，TPSI2140-Q1主要用于隔離檢查、電池組電壓監(jiān)測、直流環(huán)節(jié)電壓監(jiān)測、接觸器監(jiān)測、端口電壓監(jiān)測等測量通道的可靠連接和斷開。“TI固態(tài)繼電器產(chǎn)品的組合還集成了隔離電源、數(shù)字隔離器和柵極驅(qū)動器的功能，可以節(jié)省成本、部件數(shù)量和電路板空間。TPSI2140-Q高壓更集成MOSFET，能進(jìn)一步節(jié)約成本和空間。”

另外，Troy也解釋了TI固態(tài)繼電器和隔離柵極驅(qū)動器的區(qū)別。固態(tài)繼電器是為低頻開關(guān)設(shè)計的。SSR可在千赫茲范圍內(nèi)切換，但不優(yōu)化高頻路徑設(shè)計，如牽引逆變器中的半橋功率級IGBT，隔離柵極驅(qū)動器更適合這些應(yīng)用。固態(tài)繼電器更適合開關(guān)頻率低的斷開/連接負(fù)載開關(guān)。

其他新產(chǎn)品：增強(qiáng)型隔離型比較器集成變壓器大功率工業(yè)和汽車應(yīng)用對提高系統(tǒng)彈性的需求也在增加，設(shè)計師需要開發(fā)更有效的容錯高壓系統(tǒng)。TI新增強(qiáng)型隔離型比較器AMC23C12.為行業(yè)實(shí)現(xiàn)隔離雙向過流、過壓、過熱檢測提供了超小的解決方案。AMC23C結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)比較器和穩(wěn)定的電隔離屏障，可以減少解決方案的尺寸，降低成本。

AMC23C12的亮點(diǎn)是:解決方案尺寸通過集成一個寬輸入范圍的低壓降壓器、一個窗口比較器和一個精密器和一個精密電壓基準(zhǔn)；在最壞情況下，跳轉(zhuǎn)閾值精度低于3%，有助于工程師降低設(shè)計裕度，支持更小尺寸的無源設(shè)備；小于400ns提供超快過流和過壓檢測的響應(yīng)時間，從而更好地保護(hù)系統(tǒng)；可調(diào)跳變閾值可通過單個外部電阻器實(shí)現(xiàn)，可促進(jìn)不同設(shè)計的重復(fù)使用。

隨著系統(tǒng)尺寸越來越小，組件必須縮小尺寸和間距，這也造成了更多的隔離設(shè)計挑戰(zhàn)。于是，TI集成變壓器于2020年推出UCC12050是第一個使用TI集成變壓器技術(shù)開發(fā)的設(shè)備縮小了隔離電源傳輸，使其可以納入IC在尺寸包裝中，實(shí)現(xiàn)了高密度隔離直流/直流電源的轉(zhuǎn)換，并能保持低密度EMI和高可靠性。該設(shè)備適用于工業(yè)運(yùn)輸電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和醫(yī)療設(shè)備。

到2021年，TI集成變壓器取得了新的進(jìn)展——適用于電動汽車、混合動力電動汽車、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和并網(wǎng)逆變器UCC14240-Q1發(fā)布，這是一款行業(yè)尺寸超小、精度超高的1.5W隔離直流/直流偏置電源模塊。UCC14240-Q帶集成變壓器的汽車SPI可編程柵極驅(qū)動器和偏置電源的參考設(shè)計是一種隔離偏置電源和隔離柵極驅(qū)動器，適用于牽引逆變器和車載充電器中的電源開關(guān)。

UCC14240-Q1的特點(diǎn)是：為牽引逆變器中的大功率碳化硅開關(guān)提供隔離偏置和隔離驅(qū)動，簡化駕駛員先進(jìn)保護(hù)的功能安全認(rèn)證，支持800V高隔離3用于動力總成kV RMS；單個IC上的 15V/-5V完全隔離轉(zhuǎn)換。

小結(jié)

隨著市場對電池系統(tǒng)應(yīng)用要求的進(jìn)一步提高，TI在汽車隔離方面，越來越多的產(chǎn)品線以更經(jīng)濟(jì)、更好的新方式應(yīng)對隔離挑戰(zhàn)。截至目前，TI數(shù)字隔離器和隔離型已經(jīng)在隔離領(lǐng)域推出ADC、隔離放大器、隔離接口IC、隔離柵極驅(qū)動器、適用于信號隔離器的電源、隔離比較器、固態(tài)繼電器等八種產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可用于耐極端溫度和系統(tǒng)噪聲的環(huán)境，適用于超高工作電壓，延長壽命，提供更廣泛的保護(hù)，幫助用戶簡化設(shè)計，減少系統(tǒng)尺寸。

據(jù)透露，TI.com/SSR已售出預(yù)量產(chǎn)TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1，可使用TPSI3050Q1EVM和TPSI2140Q1EVM評估模塊測試性能。此外，預(yù)量產(chǎn)AMC23C12也在TI.com/SSR工程師可以通過上賣AMC23C12EVM評估模塊測試性能。

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