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中的開關電源

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

　　圖4顯示電池充電器內部的AC/DC變換器，其輸入電壓由外部基礎設施提供，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,并經過功率因數校正（PFC）電路調節。調節后的DC電壓由主級側開關電路轉換成脈沖，并應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。次級側電路整流并且濾波高頻脈沖，再轉換成DC.

　　功率控制管理閉環操作并監視傳輸到電池中的電量，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：變壓器在主級側和次級側隔離能量傳輸；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換；以及數字隔離器為控制器區域網絡（CAN）總線接口提供安全隔離。

圖4:DC/DC（12V網絡）變換器。

　　圖5顯示在簡化的HEV系統中，隔離器件的位置和使用方法。HEV提出比EV更困難的技術挑戰，因為其在傳動系統中添加復雜的小型氣動引擎，增加了機械傳動系統和電子系統的復雜性。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，其使用相關的低壓HV ECU管理引擎速率、時序和其他關鍵參數。還需要注意的是，電動機/發生器（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網絡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電氣系統結構圖。

　　增強系統集成度

　　EV/HEV設計要求持續不斷的減少汽車重量、改善電池技術和提高能量轉換系統的能力。這些進步又促進開關模式電源拓撲結構和大規模系統級IC的創新。雖然現代CMOS隔離裝置提供了增強性能，但是數字隔離器的最大好處在于，能夠與其他功能相結合，形成單芯片隔離系統。

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