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TI出版車用隔離新產品：成本降低50%，方案尺寸降低90%

（2025年1月15日更新）

據Gartner預計2022年全球將出貨600萬輛電動汽車(包括電池電動汽車和插電式混合動力汽車)，高于2021年的400萬輛。隨著電動汽車銷量的增長，電動汽車的電池系統也在從400開始V過渡到800V，應用更高效的隔離器件，實現敏感電子元件與快速瞬變高壓元件之間的安全通信。

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對于電源管理設備供應商來說，系統升級也需要隔離設備的更新和迭代。在過去的25年里，德州儀器（TI）一直在深入培育隔離領域的創新，到2022年5月初發布了一系列新的隔離產品。這些新產品有助于提高電動汽車的安全性，可以減少90%的解決方案和50%的成本

TI新能源汽車在隔離領域的電池系統正在從400開始V向800V這一升級過程對電源管理提出了更大的挑戰。TI電源開關、接口及照明部副總裁兼總經理Troy Coleman介紹說，TI在各種方式支持汽車平臺到800V通過不斷推出新產品來應對過渡EMI、功率密度、低靜態電流、低噪聲和隔離帶來的挑戰。

為了滿足800V系統需求，TI其隔離器件產品正在更新。例如，解決固態繼電器的幾個設計挑戰，將隔離集成到較小體積的包裝中，以獲得更高的功率密度，并在現有解決方案的基礎上進一步降低靜態電流，以節省電池壽命；另一個例子是集成隔離DC/DC在轉換器上，通過減少重量、尺寸和增加800V提高電動汽車的功率密度。此外，TI為了支持日益增加的電壓強化隔離，硅和包裝技術也在不斷創新。

隨著市場對安全性和更高電壓的要求，對可靠繼電器解決方案的需求也增加了。燃油汽車通常只使用12輛V不需要隔離或高壓電路的電池。高壓電動汽車的電池電壓通常是400-800V在范圍內，電動汽車需要隔離來保護乘客，動力電池汽車上的所有設備都提供動力，因此其動力效率在電動汽車上變得更加關鍵。

800V母線電動汽車要求隔離裝置在車輛的整個生命周期內可靠地隔離高壓。在正常運行過程中，車輛也可能暴露在浪涌和過電壓下，這將進一步增加隔離屏障的壓力。確保穩定性和質量，TI內部高壓試驗和認證過程超過了VDE0884和IEC-要求60747-17。TrU-Blox代理oy補充說，TI專用電容和電感隔離技術為驅動柵極驅動器、開關或其他功能等電路提供屏障。

當然，TI隔離領域創新面臨的最大挑戰是如何將這么多功能集成到小包裝中，并保持高壓隔離要求和爬電額定值。Troy介紹說，TI這個問題是通過采用可靠的測試方法和封裝設計的創新來解決的。

TI致力于實現超高工作電壓和可靠性，縮小解決方案尺寸，降低高壓和安全關鍵應用成本。自2006年發布以來ISO721D業內首款SiO2電容為止，最新的電容隔離器已經發布TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q固態繼電器。

新型固態繼電器：TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1 TI的TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q完全集成電源和信號隔離有助于在幾微秒內管理電動汽車動力總成系統中的多千伏隔離。這些新設備可以在降低高壓汽車系統(包括8000)的同時，為行業提供優異的可靠性和較小的解決方案尺寸V電動汽車)材料清單(BOM)成本。

如果設計的初衷是在電動汽車電池管理系統等的可靠性，如電動汽車電池管理系統，通常需要增加組件，這將增加車輛的尺寸、重量和成本。TI新的固態繼電器產品系列集成了單芯片中的電源和信號傳輸，幫助工程師節省設計中的組件，降低解決方案的尺寸，降低成本。Troy表示。

具體來看，TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q具有以下優點——

?全新固態繼電器系列采用獨特的方法，可通過單個隔離柵在芯片上傳輸功率和信號；

?該產品系列的集成功能可以從設計中取消至少三個組件。與競爭解決方案相比，解決方案的尺寸可以降低90%，成本可以降低50%；

?與長期使用易發生故障的機電繼電器解決方案相比，TPSI3050-Q1.工作壽命可增加10倍，提供的增強隔離高達5倍kV RMS；

?TPSI2140-Q與光繼電器相比，它有助于更快地檢測高壓電池管理系統的故障，提高安全性。

Troy針對TPSI2140-Q1.做了更詳細的介紹。他表示，TPSI2140-Q1主要用于隔離檢查、電池組電壓監測、直流環節電壓監測、接觸器監測、端口電壓監測等測量通道的可靠連接和斷開。“TI固態繼電器產品的組合還集成了隔離電源、數字隔離器和柵極驅動器的功能，可以節省成本、部件數量和電路板空間。TPSI2140-Q高壓更集成MOSFET，能進一步節約成本和空間。”

另外，Troy也解釋了TI固態繼電器和隔離柵極驅動器的區別。固態繼電器是為低頻開關設計的。SSR可在千赫茲范圍內切換，但不優化高頻路徑設計，如牽引逆變器中的半橋功率級IGBT，隔離柵極驅動器更適合這些應用。固態繼電器更適合開關頻率低的斷開/連接負載開關。

其他新產品：增強型隔離型比較器集成變壓器大功率工業和汽車應用對提高系統彈性的需求也在增加，設計師需要開發更有效的容錯高壓系統。TI新增強型隔離型比較器AMC23C12.為行業實現隔離雙向過流、過壓、過熱檢測提供了超小的解決方案。AMC23C結合標準比較器和穩定的電隔離屏障，可以減少解決方案的尺寸，降低成本。

AMC23C12的亮點是:解決方案尺寸通過集成一個寬輸入范圍的低壓降壓器、一個窗口比較器和一個精密器和一個精密電壓基準；在最壞情況下，跳轉閾值精度低于3%，有助于工程師降低設計裕度，支持更小尺寸的無源設備；小于400ns提供超快過流和過壓檢測的響應時間，從而更好地保護系統；可調跳變閾值可通過單個外部電阻器實現，可促進不同設計的重復使用。

隨著系統尺寸越來越小，組件必須縮小尺寸和間距，這也造成了更多的隔離設計挑戰。于是，TI集成變壓器于2020年推出UCC12050是第一個使用TI集成變壓器技術開發的設備縮小了隔離電源傳輸，使其可以納入IC在尺寸包裝中，實現了高密度隔離直流/直流電源的轉換，并能保持低密度EMI和高可靠性。該設備適用于工業運輸電網基礎設施和醫療設備。

到2021年，TI集成變壓器取得了新的進展——適用于電動汽車、混合動力電動汽車、電機驅動系統和并網逆變器UCC14240-Q1發布，這是一款行業尺寸超小、精度超高的1.5W隔離直流/直流偏置電源模塊。UCC14240-Q帶集成變壓器的汽車SPI可編程柵極驅動器和偏置電源的參考設計是一種隔離偏置電源和隔離柵極驅動器，適用于牽引逆變器和車載充電器中的電源開關。

UCC14240-Q1的特點是：為牽引逆變器中的大功率碳化硅開關提供隔離偏置和隔離驅動，簡化駕駛員先進保護的功能安全認證，支持800V高隔離3用于動力總成kV RMS；單個IC上的 15V/-5V完全隔離轉換。

小結

隨著市場對電池系統應用要求的進一步提高，TI在汽車隔離方面，越來越多的產品線以更經濟、更好的新方式應對隔離挑戰。截至目前，TI數字隔離器和隔離型已經在隔離領域推出ADC、隔離放大器、隔離接口IC、隔離柵極驅動器、適用于信號隔離器的電源、隔離比較器、固態繼電器等八種產品。這些產品可用于耐極端溫度和系統噪聲的環境，適用于超高工作電壓，延長壽命，提供更廣泛的保護，幫助用戶簡化設計，減少系統尺寸。

據透露，TI.com/SSR已售出預量產TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1，可使用TPSI3050Q1EVM和TPSI2140Q1EVM評估模塊測試性能。此外，預量產AMC23C12也在TI.com/SSR工程師可以通過上賣AMC23C12EVM評估模塊測試性能。