在為汽車xEV應(yīng)用開發(fā)解決方案時(shí)，設(shè)計(jì)師會(huì)遇到的一個(gè)難題是如何在高壓電池域與低壓電池域電子元件之間傳遞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這一難題出現(xiàn)在多種應(yīng)用之中，比如電池電壓監(jiān)測(cè)、電池電流測(cè)量、高壓接觸器監(jiān)測(cè)、電機(jī)控制等。一種典型的電池管理系統(tǒng)(BMS)應(yīng)用如圖1所示，其中高亮顯示的幾個(gè)區(qū)域需要數(shù)字信號(hào)隔離，接下來我們將以其為基礎(chǔ)，探討各種設(shè)計(jì)考慮因素。
在BMS應(yīng)用中，設(shè)計(jì)師需要開發(fā)一種解決方案，將來自各種集成電路的高速數(shù)字信號(hào)跨過隔離柵進(jìn)行傳輸。對(duì)于本設(shè)計(jì)示例，這種高速數(shù)字信號(hào)即是串行外設(shè)接口(SPI)連接，用于BMS控制器與電池監(jiān)測(cè)電子元件之間的通信。隔離柵必須保護(hù)工作于典型的12 V汽車電壓域的BMS控制器電子元件，使其免受以高壓(最高可達(dá)500V)電池域?yàn)榛鶞?zhǔn)的電子元件的影響，同時(shí)還須具有卓越的耐受力，能承受車輛電力傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓電池瞬變。隔離柵和隔離器件非常重要，因?yàn)樗鼈儾坏Ｗo(hù)著車輛的電子元件，同時(shí)還保護(hù)著車輛乘客，使其免受高壓電池產(chǎn)生的電擊風(fēng)險(xiǎn)的影響。
對(duì)于隔離柵要求，設(shè)計(jì)師可以參閱各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確定印刷電路板設(shè)計(jì)的適用指南。對(duì)于數(shù)字隔離器件的選擇，設(shè)計(jì)師則會(huì)遇到諸多難題，必須考慮幾個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)，比如：器件功耗、PCB空間限制、數(shù)據(jù)速率/數(shù)據(jù)一致性(通道間匹配)、以及適當(dāng)?shù)母綦x和工作電壓(在汽車整個(gè)生命周期)。本文將探討器件功耗和PCB板空間限制問題。
在上述兩個(gè)難題的基礎(chǔ)上，可以探討如何確定正確的元件解決方案。對(duì)于數(shù)字隔離，目前市場(chǎng)上有多種技術(shù)可用，而在選擇元件時(shí)可以考慮兩種技術(shù)：基于光耦合器的隔離和基于數(shù)字技術(shù)的隔離。光耦合器通過LED產(chǎn)生光的方式進(jìn)行工作，光通過一個(gè)透明隔離柵傳導(dǎo)至一個(gè)光檢測(cè)器，而數(shù)字隔離器則是采用高速CMOS工藝設(shè)計(jì)，集成空芯微變壓器。
