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汽车电子

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  • 分类:行业应用
  • 发布时间:2020-05-28 00:00:00
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概要:
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  跟工业应用比较,汽车的隔离要求更高,复杂的路况,高速运行时的噪声,都对系统产生极大的干扰,这些都导致汽车应用对安全有更为严格的要求,在实际使用中,缺陷或可靠性问题可能会导致代价高昂的产品召回,甚至可能危及驾乘人员的安全。

 

 

  为了满足不断严格的质量和可靠性要求,汽车系统设计人员开始转而使用数字隔离器代替光电耦合器,为混合动力汽车(HEV)电池监控以及电源转换应用提供安全隔离。与光电耦合器不同,数字隔离器基于标准晶圆CMOS半导体工艺,该工艺用于汽车系统中具有良好的口碑。

  新能源汽车总线分布控制策略依然沿用燃料车方式,ECU集中控制,CAN总线节点管理,而在这套控制系统中不允许出现错误,因为这些直接关系到车辆行车安全以及各个部件是否正常运行。除了节点和节点之间采用CAN总线以外,还有MCU和传感器的底层数据交换采用SPI总线,PWM,SENT或者模拟信号,这些都需要采取隔离才能保证准确可靠。

 

 

  电动汽车电子线路开发时,可以使用数字隔离器在高压电池包与低压控制系统电子元件之间传递数字信号,这一方案适用于多种应用之中,例如高压电池包电压监测、电池电流测量、电机控制等。特别是在电池管理系统(BMS)应用中。对于数字隔离器件的选择,设计师必须考虑几个关键性能参数,包括:器件功耗、PCB空间限制、数据速率/数据一致性(通道间匹配)、以及适当的隔离和工作电压(在汽车整个生命周期)。

  l 对于隔离器件所需工作电流,数字隔离器与光耦合器之间存在较大的差异。假设为电池监测应用使用一个1MHz的SPI接口,则对于SPI通信总线所需要的四个数字隔离通道而言,中科格励微的ME1041相对于传统光耦合器解决方案,ME1041一类的数字隔离器在工作功耗方面具有显著优势。

  l 在BMS开发中,PCB面积是一种珍贵的资产,设计师必须构建出能适用于超紧凑区域的解决方案。高压至低压接口的间距要求(一般称为爬电距离和间隙)由各种电气标准定义,元件必须符合这些标准针对给定应用规定的最低要求。对数字和光耦合器两种隔离解决方案进行了比较,以确定哪种方案可以为PCB板节省大量空间。

  对于数字隔离解决方案,ME1041采用16引脚SOIC-W封装,其标准封装尺寸为10.3mm x 10.3mm,元件总面积为106 mm2。与之相当的光耦合器解决方案要求四个5引脚SOIC封装器件,其标准JEDEC封装尺寸为7.0 mm x 3.6 mm,单元件面积为25.2 mm2。需要在PCB板上放置四个元件,而器件之间一般需要1.2 mm的间距。将光耦合器解决方案所需PCB板总面积相加,设计师必须留出134.5 mm2的空间。显然,使用数字隔离器解决方案,设计师已经可以节省大约28 mm2的面积。

  在限定隔离器件面积之后,设计师接下来要考虑整个解决方案所需要的支持元件。数字隔离器(如ME1041)仅需要使用两个外部旁路电容。假设采用0603封装电容,则占用面积为2.5 mm2。对于典型的光耦合器解决方案,设计师必须增加四个电阻(5.1mm2)、四个电容(5.1mm2)和四个前驱电路(33mm2),因为多数微控制器无法处理其GPIO引脚的10 mA功耗要求。至此,设计师可以看到,在需要考虑PCB板面积时,数字隔离器具有明显优势。

  与PCB空间相关的另一设计考虑是隔离器件的高压端的驱动问题。对于BMS应用,需要在电池监测器件上实现功耗的均衡化,以防止电池组出现内在的不平衡。

  对于光耦合器解决方案,需要一个单独的DC-DC转换器,用于提供隔离工作电压以驱动高压端接口,结果将进一步增加PCB板的面积要求。在数字隔离器件中,设计师可以选择集成隔离电源的数字隔离器,其中含有SPI接口隔离通道,同时还集成了用于驱动高压端接口的DC-DC转换器功能。其封装尺寸与ME1041数字隔离器相同,不会增加PCB板的面积要求。

  格励微的数字隔离器和与光电耦合器解决方案相比,使设计人员能够创造出成本更低、尺寸更小、性能更高、功耗更低和更加可靠的隔离电路。这种隔离技术具有广泛的产品组合、工业创新证明记录以及对卓越的工程设计的坚定承诺,随时满足您的隔离需求。

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