解決汽車xEV應用中的設計難題

需要解決的第二個難題是BMS電子設計工程師面臨的機械設計限制。在BMS開發(fā)中，PCB面積是一種珍貴的資產(chǎn)，設計師必須構(gòu)建出能適用于超緊湊區(qū)域的解決方案。高壓至低壓接口的間距要求（一般稱為爬電距離和間隙）由各種電氣標準定義，元件必須符合這些標準針對給定應用規(guī)定的最低要求。對數(shù)字和光耦合器兩種隔離解決方案進行了比較，以確定哪種方案可以為PCB板節(jié)省大量空間。

對于數(shù)字隔離解決方案，我們將考察ADuM1401W。ADuM1401W采用16引腳SOIC_W封裝，其標準JEDEC封裝尺寸為10.3mm×10.3mm，元件總面積為106mm2。與之相當?shù)墓?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/耦合器">耦合器解決方案要求四個5引腳SOIC封裝器件，其標準JEDEC封裝尺寸為7mm×3.6mm，單元件面積為25.2mm2。需要在PCB板上放置四個元件，而器件之間一般需要1.2mm的間距。將光耦合器解決方案所需PCB板總面積相加，設計師必須留出134.5mm2的空間。顯然，使用數(shù)字隔離器解決方案，設計師已經(jīng)可以節(jié)省大約28mm2的面積。

在限定隔離器件面積之后，設計師接下來要考慮整個解決方案所需要的支持元件。數(shù)字隔離器（如ADuM1401W）需要使用兩個外部旁路電容。假設采用0603封裝電容，則占用面積為2.5mm2。對于典型的光耦合器解決方案，設計師必須增加四個電阻(5.1mm2)、四個電容(5.1mm2)和4個前驅(qū)電路(33mm2)，因為多數(shù)微控制器無法處理其GPIO引腳的10mA功耗要求。至此，設計師可以看到，在需要考慮PCB板面積時，數(shù)字隔離器具有明顯優(yōu)勢。

與PCB空間相關(guān)的另一設計考慮是隔離器件的高壓端的驅(qū)動問題。對于BMS應用，需要在電池監(jiān)測器件上實現(xiàn)功耗的均衡化，以防止電池組出現(xiàn)內(nèi)在的不平衡。

對于光耦合器解決方案，需要一個單獨的DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于提供隔離工作電壓以驅(qū)動高壓端接口，結(jié)果將進一步增加PCB板的面積要求。在數(shù)字隔離器件中，設計師可以選擇ADuM5401數(shù)字隔離器，其中含有四個SPI接口隔離通道，同時還集成了用于驅(qū)動高壓端接口的DC-DC轉(zhuǎn)換器功能。其封裝尺寸與ADuM1401數(shù)字隔離器相同，因此，不會增加PCB板的面積要求。

與傳統(tǒng)的光耦合器模式相比，數(shù)字隔離器解決方案為設計師提供了一種節(jié)省空間的隔離器件實現(xiàn)方案，如圖2所示。

圖2 PCB板空間比較

總結(jié)

總之，xEV電子元件設計工程師面對的數(shù)字隔離難題可以借助數(shù)種不同的隔離拓撲結(jié)構(gòu)而予以解決。通過運用數(shù)字隔離器，設計師可以為其應用實現(xiàn)功耗和PCB板面積的雙節(jié)省。