TI出版车用隔离新产品：成本降低50%，方案尺寸降低90%

TI出版车用隔离新产品：成本降低50%，方案尺寸降低90%

（2024年6月29日更新）

据Gartner预计2022年全球将出货600万辆电动汽车(包括电池电动汽车和插电式混合动力汽车)，高于2021年的400万辆。随着电动汽车销量的增长，电动汽车的电池系统也在从400开始V过渡到800V，应用更高效的隔离器件，实现敏感电子元件与快速瞬变高压元件之间的安全通信。

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对于电源管理设备供应商来说，系统升级也需要隔离设备的更新和迭代。在过去的25年里，德州仪器（TI）一直在深入培育隔离领域的创新，到2022年5月初发布了一系列新的隔离产品。这些新产品有助于提高电动汽车的安全性，可以减少90%的解决方案和50%的成本

TI新能源汽车在隔离领域的电池系统正在从400开始V向800V这一升级过程对电源管理提出了更大的挑战。TI电源开关、接口及照明部副总裁兼总经理Troy Coleman介绍说，TI在各种方式支持汽车平台到800V通过不断推出新产品来应对过渡EMI、功率密度、低静态电流、低噪声和隔离带来的挑战。

为了满足800V系统需求，TI其隔离器件产品正在更新。例如，解决固态继电器的几个设计挑战，将隔离集成到较小体积的包装中，以获得更高的功率密度，并在现有解决方案的基础上进一步降低静态电流，以节省电池寿命；另一个例子是集成隔离DC/DC在转换器上，通过减少重量、尺寸和增加800V提高电动汽车的功率密度。此外，TI为了支持日益增加的电压强化隔离，硅和包装技术也在不断创新。

随着市场对安全性和更高电压的要求，对可靠继电器解决方案的需求也增加了。燃油汽车通常只使用12辆V不需要隔离或高压电路的电池。高压电动汽车的电池电压通常是400-800V在范围内，电动汽车需要隔离来保护乘客，动力电池汽车上的所有设备都提供动力，因此其动力效率在电动汽车上变得更加关键。

800V母线电动汽车要求隔离装置在车辆的整个生命周期内可靠地隔离高压。在正常运行过程中，车辆也可能暴露在浪涌和过电压下，这将进一步增加隔离屏障的压力。确保稳定性和质量，TI内部高压试验和认证过程超过了VDE0884和IEC-要求60747-17。TrU-Blox代理oy补充说，TI专用电容和电感隔离技术为驱动栅极驱动器、开关或其他功能等电路提供屏障。

当然，TI隔离领域创新面临的最大挑战是如何将这么多功能集成到小包装中，并保持高压隔离要求和爬电额定值。Troy介绍说，TI这个问题是通过采用可靠的测试方法和封装设计的创新来解决的。

TI致力于实现超高工作电压和可靠性，缩小解决方案尺寸，降低高压和安全关键应用成本。自2006年发布以来ISO721D业内首款SiO2电容为止，最新的电容隔离器已经发布TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q固态继电器。

新型固态继电器：TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1 TI的TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q完全集成电源和信号隔离有助于在几微秒内管理电动汽车动力总成系统中的多千伏隔离。这些新设备可以在降低高压汽车系统(包括8000)的同时，为行业提供优异的可靠性和较小的解决方案尺寸V电动汽车)材料清单(BOM)成本。

如果设计的初衷是在电动汽车电池管理系统等的可靠性，如电动汽车电池管理系统，通常需要增加组件，这将增加车辆的尺寸、重量和成本。TI新的固态继电器产品系列集成了单芯片中的电源和信号传输，帮助工程师节省设计中的组件，降低解决方案的尺寸，降低成本。Troy表示。

具体来看，TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q具有以下优点——

?全新固态继电器系列采用独特的方法，可通过单个隔离栅在芯片上传输功率和信号；

?该产品系列的集成功能可以从设计中取消至少三个组件。与竞争解决方案相比，解决方案的尺寸可以降低90%，成本可以降低50%；

?与长期使用易发生故障的机电继电器解决方案相比，TPSI3050-Q1.工作寿命可增加10倍，提供的增强隔离高达5倍kV RMS；

?TPSI2140-Q与光继电器相比，它有助于更快地检测高压电池管理系统的故障，提高安全性。

Troy针对TPSI2140-Q1.做了更详细的介绍。他表示，TPSI2140-Q1主要用于隔离检查、电池组电压监测、直流环节电压监测、接触器监测、端口电压监测等测量通道的可靠连接和断开。“TI固态继电器产品的组合还集成了隔离电源、数字隔离器和栅极驱动器的功能，可以节省成本、部件数量和电路板空间。TPSI2140-Q高压更集成MOSFET，能进一步节约成本和空间。”

另外，Troy也解释了TI固态继电器和隔离栅极驱动器的区别。固态继电器是为低频开关设计的。SSR可在千赫兹范围内切换，但不优化高频路径设计，如牵引逆变器中的半桥功率级IGBT，隔离栅极驱动器更适合这些应用。固态继电器更适合开关频率低的断开/连接负载开关。

其他新产品：增强型隔离型比较器集成变压器大功率工业和汽车应用对提高系统弹性的需求也在增加，设计师需要开发更有效的容错高压系统。TI新增强型隔离型比较器AMC23C12.为行业实现隔离双向过流、过压、过热检测提供了超小的解决方案。AMC23C结合标准比较器和稳定的电隔离屏障，可以减少解决方案的尺寸，降低成本。

AMC23C12的亮点是:解决方案尺寸通过集成一个宽输入范围的低压降压器、一个窗口比较器和一个精密器和一个精密电压基准；在最坏情况下，跳转阈值精度低于3%，有助于工程师降低设计裕度，支持更小尺寸的无源设备；小于400ns提供超快过流和过压检测的响应时间，从而更好地保护系统；可调跳变阈值可通过单个外部电阻器实现，可促进不同设计的重复使用。

随着系统尺寸越来越小，组件必须缩小尺寸和间距，这也造成了更多的隔离设计挑战。于是，TI集成变压器于2020年推出UCC12050是第一个使用TI集成变压器技术开发的设备缩小了隔离电源传输，使其可以纳入IC在尺寸包装中，实现了高密度隔离直流/直流电源的转换，并能保持低密度EMI和高可靠性。该设备适用于工业运输电网基础设施和医疗设备。

到2021年，TI集成变压器取得了新的进展——适用于电动汽车、混合动力电动汽车、电机驱动系统和并网逆变器UCC14240-Q1发布，这是一款行业尺寸超小、精度超高的1.5W隔离直流/直流偏置电源模块。UCC14240-Q带集成变压器的汽车SPI可编程栅极驱动器和偏置电源的参考设计是一种隔离偏置电源和隔离栅极驱动器，适用于牵引逆变器和车载充电器中的电源开关。

UCC14240-Q1的特点是：为牵引逆变器中的大功率碳化硅开关提供隔离偏置和隔离驱动，简化驾驶员先进保护的功能安全认证，支持800V高隔离3用于动力总成kV RMS；单个IC上的 15V/-5V完全隔离转换。

小结

随着市场对电池系统应用要求的进一步提高，TI在汽车隔离方面，越来越多的产品线以更经济、更好的新方式应对隔离挑战。截至目前，TI数字隔离器和隔离型已经在隔离领域推出ADC、隔离放大器、隔离接口IC、隔离栅极驱动器、适用于信号隔离器的电源、隔离比较器、固态继电器等八种产品。这些产品可用于耐极端温度和系统噪声的环境，适用于超高工作电压，延长寿命，提供更广泛的保护，帮助用户简化设计，减少系统尺寸。

据透露，TI.com/SSR已售出预量产TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1，可使用TPSI3050Q1EVM和TPSI2140Q1EVM评估模块测试性能。此外，预量产AMC23C12也在TI.com/SSR工程师可以通过上卖AMC23C12EVM评估模块测试性能。