為什么信號隔離在48V HEV/EV系統(tǒng)中十分重要

傳統(tǒng)內燃機車輛與混合電動車輛（HEV）或電動車輛（EV）之間的一個主要區(qū)別之一是存在多節(jié)電池和電壓等級。內燃機由單個12V或24V電池（通常是鉛酸電池）運行。但是，HEV和EV使用的二次高壓電池的范圍從48V（HEV）到更高的電壓400V至800V（EV）。

多電壓電平的存在需要隔離來保護低壓電路免受高壓影響。顯然，對于400V及以上的電池，您需要隔離，但在48V輕度混合系統(tǒng)中是否需要隔離？讓我們來分析一下。

48V HEV中的隔離

即使電壓不高達400V或800V，隔離對于48V混合動力汽車來說也很重要，究其原因有很多種，其中包括增強的抗抗噪性能和故障保護。

圖1所示為一個起動發(fā)電機系統(tǒng)，其中包括H橋和場效應晶體管（FET）的功率級處在48V側。這些FET的開關會引起電壓瞬變（dv/dt），這可能會在48V接地端產生一些共模噪聲。沒有任何隔離的情況下，該噪聲將與12V端側耦合，并影響低壓側電路的信號完整性。通過在兩側之間增加隔離，如圖1所示，您可提高共模瞬變抗擾度和信號完整性。

圖1：48 V HEV中的啟動器/發(fā)電機子系統(tǒng)

在圖2中，電池管理系統(tǒng)（BMS）中的48 V電池組和微控制器（MCU）位于高電壓側，而MCU使用控制器局域網（CAN）協(xié)議與電子控制單元進行通信。如果48 V側出現故障，則電壓可能會出現在12 V側。低電壓側的電路組件（本例中為CAN收發(fā)器）可能無法承受高電壓，且可能會損壞。在低壓側的CAN收發(fā)器與高壓側的微控制器之間使用隔離器將確保低壓電路的安全性，即使在高壓側有故障發(fā)生

德國汽車工業(yè)協(xié)會320（VDA320）標準指定了汽車電氣和電子部件的故障電流測試（E48-20），其中測試電壓應用于48V/12V隔離層，12V和48V系統(tǒng)之間的預期電流必須小于1微安。配備隔離器可確保電流符合這一標準。

圖2：48V BMS框圖

如果您正在設計48V HEV系統(tǒng)，并正在尋找與48V側接口的隔離器件?；诮涌跇藴剩幸恍┻x件可用于48V側和12V側之間的通信。

對于需要在12V和48V側之間進行串行外圍設備接口（SPI）、通用異步接收器發(fā)送器（UART）或通用輸入/輸出（GPIO）通信的設計，您可以使用數字隔離器，例如ISO7741-Q1或ISO7721-Q1，具體取決于所需的隔離通道數。

當您下正在使用I2C通信來節(jié)省信號跡線數時，隔離式I2C器件，例如ISO1540-Q1（雙向數據，雙向時鐘）ISO1541-Q1（雙向數據，雙向時鐘）可滿足此用途。

如果兩側之間存在CAN通信并且需要隔離時，您可以添加一個數字隔離器（例如ISO7721-Q1）與CAN收發(fā)器串聯(lián)，或者使用集成的隔離式CAN器件（例如ISO1042-Q1）來節(jié)省空間。

數據通信只是解決方案的一部分。您還必須隔離兩側之間的電源，您可以使用反激式、反降壓或推挽拓撲實現這一隔離。對于局部電源（例如，隔離式CAN收發(fā)器的電源），可以考慮可與外部變壓器、整流器和低壓降穩(wěn)壓器一起使用的變壓器驅動器，例如SN6501-Q1、SN6505A-Q1或SN6505B-Q1，以生成簡單的隔離式電源，如圖3所示。

圖3：具有穩(wěn)定輸出的隔離式電源的簡易電路

SN6501-Q1、SN6505A-Q1或SN6505B-Q1之間的主要區(qū)別在于每個驅動器的輸出電流、是否存在可減少輻射的擴頻和不同的開關頻率。這些選項使您能夠選擇正確的器件，以滿足系統(tǒng)的輻射標準和電源要求。

盡管我已經在48 V HEV的背景下討論了這些解決方案，但這些器件系列的隔離規(guī)格和更廣泛的封裝選項使這些系列也適用于電池電壓更高的EV。可以在對EV設計進行少量修改的情況下重復使用HEV子系統(tǒng)的隔離部分，從而節(jié)省設計和布局時間。

審核編輯：郭婷