在為汽車xEV應(yīng)用開發(fā)解決方案時，設(shè)計師會遇到的一個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、電池電流測量、高壓接觸器監(jiān)測、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區(qū)域需要數(shù)字信號隔離，接下來我們將以其為基礎(chǔ)，探討各種設(shè)計考慮因素。
在BMS應(yīng)用中，設(shè)計師需要開發(fā)一種解決方案，將來自各種集成電路的高速數(shù)字信號跨過隔離柵進(jìn)行傳輸。對于本設(shè)計示例，這種高速數(shù)字信號即是串行外設(shè)接口(SPI)連接，用于BMS控制器與電池監(jiān)測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)電池域為基準(zhǔn)的電子元件的影響，同時還須具有卓越的耐受力，能承受車輛電力傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓電池瞬變。隔離柵和隔離器件非常重要，因為它們不但保護(hù)著車輛的電子元件，同時還保護(hù)著車輛乘客，使其免受高壓電池產(chǎn)生的電擊風(fēng)險的影響。
對于隔離柵要求，設(shè)計師可以參閱各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確定印刷電路板設(shè)計的適用指南。對于數(shù)字隔離器件的選擇，設(shè)計師則會遇到諸多難題，必須考慮幾個關(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。對于數(shù)字隔離，目前市場上有多種技術(shù)可用，而在選擇元件時可以考慮兩種技術(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，光通過一個透明隔離柵傳導(dǎo)至一個光檢測器，而數(shù)字隔離器則是采用高速CMOS工藝設(shè)計，集成空芯微變壓器。
