電流隔離增強EV/HEV安全、性能和可靠性

雖然電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）技術(shù)仍然處于一個漸進(jìn)的發(fā)展階段，但是對于烴類燃料的長期供應(yīng)和對環(huán)境問題的關(guān)注，成為新興汽車市場加快創(chuàng)新步伐的動力。EV/HEV承諾更高效率、降低排放，并提供與烴動力汽車相當(dāng)?shù)膬r格和性能。為了與現(xiàn)有汽車競爭，用于EV/HEV的電池必須具有非常高的能量存儲密度、接近零的泄漏電流和幾分鐘（而不是幾小時）內(nèi)完成充電的能力。此外，電池管理和相關(guān)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須具有最小的尺寸、重量以及電流消耗，同時為電動馬達(dá)提供大量高效能量。

　　現(xiàn)代EV/HEV設(shè)計在傳動系統(tǒng)和能量存儲/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中采用模塊化組件。EV/HEV電池管理系統(tǒng)通常包括五個主要電路部件：

　　* 車載充電器：能量存儲由400~450V鋰離子電池提供，此電池依靠車載充電器充電；車載充電器由具有功率因數(shù)校正（PFC）的AC/DC變換器組成，并由電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)視。該充電器可適應(yīng)各種外部充電電源，范圍從單相交流110V到三相交流380V.

　　* 電池管理系統(tǒng)：電池單元由BMS監(jiān)控和管理，以確保高效率和安全性。BMS監(jiān)控各個電池單元的充電、狀態(tài)、放電深度和調(diào)節(jié)度。

　　* DC/DC變換器：DC/DC變換器連接高壓電池到內(nèi)部12V DC網(wǎng)絡(luò)，同時為車內(nèi)配件提供電能，以及為本地開關(guān)變換器提供偏置電壓。該變換器通常是可逆的，電能可以流入或流出電池。

　　* 輔助逆變器：現(xiàn)代汽車?yán)闷眚?qū)動引擎配件，例如空調(diào)和動力轉(zhuǎn)向泵。EV/HEV需要輔助逆變器生成所需的電能去驅(qū)動這些配件。

　　* 主逆變器：主逆變器驅(qū)動電動機，也用于再生制動，把未使用的電能回存到電池。

　　圖1:EV/HEV主要電子部件安裝位置。

　　電流隔離

　　模塊化的EV/HEV電路部件具有固定的和浮動的地，在模塊、本地（可能是致命的）電池和供電電壓之間有不同的電壓。鑒于這些情況，在電動和混合動力汽車設(shè)計中，電流隔離極為必要。

　　什么是電流隔離，他在電氣系統(tǒng)設(shè)計中扮演什么樣的角色？電流隔離把電氣系統(tǒng)的不同功能區(qū)分隔開，以阻止功能區(qū)間的電流流動，同時允許能量或信息在功能區(qū)間進(jìn)行交換。圖2A使用簡單的隔離型數(shù)據(jù)交換示例來說明這個概念，數(shù)據(jù)在電路A和電路B之間交換。專用的偏壓電源VDD1和VDD2在隔離器兩側(cè)，分別提供5V電源。5V地參考脈沖序列從電路A輸入端輸入，然后被如實的傳輸?shù)礁綦x器的輸出端，在傳輸期間任意時間內(nèi)沒有電流流過GND1和GND2之間。換言之，GND1和GND2之間的阻抗有效形成了開路狀態(tài)，而且數(shù)據(jù)按照電流隔離定義的形式成功的在兩個絕緣電路間進(jìn)行傳輸。

　　隔離為EV/HEV設(shè)計提供三個重要的電路功能：安全隔離、電壓電平轉(zhuǎn)換和地噪音抑制。安全隔離保護電氣系統(tǒng)和人員免受致命高壓造成的傷害。圖2B顯示安全隔離、電平轉(zhuǎn)換和電平傳輸示例。如圖所示，電路A具有1,000V的懸浮共模電壓，0~25V數(shù)字輸入信號跨越隔離柵傳輸?shù)诫娐稡.因為電路B由5V地參考供電，隔離器把1,000V共模電壓電平轉(zhuǎn)換到GND2電平（0V）。示例顯示已提供安全隔離，因為1,000V輸入側(cè)共模電壓由電平轉(zhuǎn)換到0V輸出。需要注意的是25V輸入信號在隔離器的輸出側(cè)轉(zhuǎn)換成VDD2（5V）電壓電平。

　　圖2A:基本的隔離示例。

　　圖2B:共模電壓示例。

　　圖2C:低噪聲抑制示例。