汽车的电气化已要求使用大功率设备，尤其是电池，逆变器和再生制动系统，这些设备与数字控制电路的接口要求采用适当的电流隔离技术。

简而言之，电隔离是指两个电路之间的电气隔离，当将它们分开的绝缘电阻无限大或很高时，就会发生电隔离：两个电路之间没有电气连接。

为什么要进行电隔离？

在电动汽车和混合动力汽车中，当两个不同电路的接地处于不同电势时，必须进行电流隔离以防止触发危险的接地回路，该回路可能会产生噪声，从而损害车辆的安全性。这些类型的车辆中流过的电流可能对人类致命，因此确保最高的安全性至关重要。

EV和HEV平台通常都使用48V电源总线，并配有高压和高能量密度电池，可以在很短的时间内充电。 EV或HEV中遇到的第一个大功率电路是车载充电器（OBC），用于为锂离子（Li-ion）电池充电。充电器包括一个配备有功率因数校正（PFC）电路的模数转换器（ADC），并由电池管理系统（BMS）监控。 BMS的任务是安全有效地管理电池的充电和放电过程，并监视其健康状况。

电隔离或电隔离是指在电位不同的两个点之间没有直流流通的情况。更准确地说，不可能将电荷载流子从一个点移动到另一个点，而仍然可以通过其他物理现象（例如电磁感应，电容耦合或光）交换电能（或信号）。此条件等效于两点之间的无穷大电阻，即使在实践中，大约100MΩ的电阻就足够了。

第二个电源设备是DC / DC转换器，它能够将电池提供的电压转换和降低为附件设备通常使用的12 V值。还有一个或多个辅助逆变器，用于控制空调系统的压缩机，水泵，风扇和其他辅助系统。最后，还有一个主逆变器，用于驱动电动机并管理通过再生制动产生的能量来为电池充电。所有这些电路都受到峰值电流可能超过400 V的高强度电流（数十安培或更高）的影响。

此外，包括逻辑部分的电路（例如OBC）必须与汽车应用中常用的低功率通信总线接口，例如控制器局域网（CAN），本地互连网络（LIN）和FlexRay。在这些情况下，电流隔离具有双重功能，可确保车辆的电气安全并保护其车载低功率电子电路免受危险的电压和电流水平的伤害。

可以应用于电动和混合动力车辆的电流隔离产品包括隔离变压器，光耦合器（也称为光电耦合器），基于电容器的半导体隔离器和基于变压器的半导体隔离器。隔离变压器利用电磁场将信息从绝缘屏障的一侧传递到另一侧。光耦合器通常使用LED和光电二极管以光信号的形式传输信息。为了获得高度绝缘，在LED和光电二极管之间插入了绝缘带，从而使该设备可以承受很高的电压。

基于半导体的隔离使用一对差分电容器或基于微机电系统（MEMS）的变压器作为绝缘元件。基于半导体的隔离器与光电耦合器相比具有许多优点，包括更高的耐用性，随时间和温度的稳定性，更好的抗噪性以及更高的开关速率。基于半导体的隔离特别适用于汽车领域。在汽车平台中使用基于宽禁带材料的组件（例如氮化镓和碳化硅）要求绝缘系统能够在更高的温度下工作并承受由高开关频率产生的电噪声。

在高压应用中，绝缘电阻是确定系统是否可以安全运行的重要因素。绝缘电阻必须定期测量，因为它会由于高电压和热应力而导致早期退化。因此，重要的是该系统应包括绝缘电阻测量功能，以监控性能下降并在发生故障之前采取预防措施。

图1：NXP的EV / HEV电机控制电源逆变器解决方案的框图（图片：NXP Semiconductors）

产品展示

恩智浦半导体公司通过其汽车HEV / EV功率逆变器控制参考平台，为EV牵引电机和DC / DC转换器提供了完整的解决方案。该参考平台的典型应用如图1所示，包括多达四块基于多核32位MCU的板，一个先进的Motor Control Timing软件库和互连电缆。该参考设计可通过绝缘栅双极晶体管（IGBT）栅极驱动器中的集成电信号隔离，从400 V电源有效驱动100 kW三相电动机。

英飞凌的EiceDRIVER单通道和双通道汽车IGBT驱动器IC提供电流隔离和双向信号传输。这些产品非常适合汽车应用中的主逆变器系统，在这些应用中，效率，节省空间和监控功能是强制性要求。 EiceDRIVER在恶劣的EMC环境中提供稳定的运行，并通过集成的2A输出级驱动高达100A / 1200V的IGBT。集电极-发射极饱和电压（VCE（sat））检测和有源米勒钳位功能完善了该IGBT驱动器IC系列的布局。

如图2所示，英飞凌的2ED020I12FA EVALKIT是用于600V / 1,200V IGBT的2ED020I12FA双通道隔离式IGBT驱动器的评估板。该评估板允许设计人员通过评估EiceDRIVER设备系列提供的功能来加快关键汽车项目的开发阶段。

图2：2ED020I12FA评估套件（图片：英飞凌）

本文编译自powerelectronicsnews。