電流隔離增強EV/HEV安全、性能和可靠性

圖3:主逆變器中的隔離。

　　EV/HEV中的開關(guān)電源

　　開關(guān)模式功率變換器是EV/HEV系統(tǒng)的重要組成部分，其廣泛用于主要和輔助逆變器、12V網(wǎng)絡(luò)DC/DC變換器和電池充電器。以上變換器可以轉(zhuǎn)換電壓和電流，以滿足供電之裝置的需求，并使用隔離實現(xiàn)安全性和電平轉(zhuǎn)換。

　　圖4顯示電池充電器內(nèi)部的AC/DC變換器，其輸入電壓由外部基礎(chǔ)設(shè)施提供，例如充電站。如圖所示，充電器的AC輸入直接由輸入整流器和濾波器變換成DC,并經(jīng)過功率因數(shù)校正（PFC）電路調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后的DC電壓由主級側(cè)開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成脈沖，并應(yīng)用到變壓器的主級線圈。變壓器縮放電壓和電流脈沖以滿足充電器的輸出需求。次級側(cè)電路整流并且濾波高頻脈沖，再轉(zhuǎn)換成DC.

　　功率控制管理閉環(huán)操作并監(jiān)視傳輸?shù)诫姵刂械碾娏?，直到電池充滿電為止。在這個示例中隔離組件可提供幾個重要的功能：變壓器在主級側(cè)和次級側(cè)隔離能量傳輸；線性隔離器為電流傳感器、高壓檢測和反饋控制信號提供安全的隔離電平轉(zhuǎn)換；以及數(shù)字隔離器為控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線接口提供安全隔離。

圖4:DC/DC（12V網(wǎng)絡(luò)）變換器。

　　圖5顯示在簡化的HEV系統(tǒng)中，隔離器件的位置和使用方法。HEV提出比EV更困難的技術(shù)挑戰(zhàn)，因為其在傳動系統(tǒng)中添加復(fù)雜的小型氣動引擎，增加了機械傳動系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的復(fù)雜性。需要注意的是圖4中氣動引擎由專用引擎控制模塊（ECM）管理，包括隔離的CAN總線接口，其使用相關(guān)的低壓HV ECU管理引擎速率、時序和其他關(guān)鍵參數(shù)。還需要注意的是，電動機/發(fā)生器（M/G）溫度傳感器為了安全性和電平兼容，對傳感器地和HV ECU地進行隔離。此外，主要和輔助逆變器、充電器以及12V網(wǎng)絡(luò)DC/DC變換器，他們都與另一個不同地電平或存在高壓的裝置進行了有效隔離。

圖5:簡化的HEV電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　增強系統(tǒng)集成度

　　EV/HEV設(shè)計要求持續(xù)不斷的減少汽車重量、改善電池技術(shù)和提高能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能力。這些進步又促進開關(guān)模式電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和大規(guī)模系統(tǒng)級IC的創(chuàng)新。雖然現(xiàn)代CMOS隔離裝置提供了增強性能，但是數(shù)字隔離器的最大好處在于，能夠與其他功能相結(jié)合，形成單芯片隔離系統(tǒng)。

　　隔離器件在EV/HEV應(yīng)用中無處不在，并且與汽車和操作人員的安全息息相關(guān)。此類器件能提供安全隔離、無縫電平轉(zhuǎn)換，并且消除地噪聲，從而大大增強汽車的性能和可靠性。