電流隔離增強EV/HEV安全、性能和可靠性

雖然電動(dòng)汽車(chē)（EV）和混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）技術(shù)仍然處于一個(gè)漸進(jìn)的發(fā)展階段，但是對于烴類(lèi)燃料的長(cháng)期供應和對環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，成為新興汽車(chē)市場(chǎng)加快創(chuàng )新步伐的動(dòng)力。EV/HEV承諾更高效率、降低排放，并提供與烴動(dòng)力汽車(chē)相當的價(jià)格和性能。為了與現有汽車(chē)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(shí)）內完成充電的能力。此外，電池管理和相關(guān)能量轉換系統必須具有最小的尺寸、重量以及電流消耗，同時(shí)為電動(dòng)馬達提供大量高效能量。

　　現代EV/HEV設計在傳動(dòng)系統和能量存儲/轉換系統中采用模塊化組件。EV/HEV電池管理系統通常包括五個(gè)主要電路部件：

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

　　* 電池管理系統：電池單元由BMS監控和管理，以確保高效率和安全性。BMS監控各個(gè)電池單元的充電、狀態(tài)、放電深度和調節度。

　　* DC/DC變換器：DC/DC變換器連接高壓電池到內部12V DC網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)為車(chē)內配件提供電能，以及為本地開(kāi)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：現代汽車(chē)利用皮帶來(lái)驅動(dòng)引擎配件，例如空調和動(dòng)力轉向泵。EV/HEV需要輔助逆變器生成所需的電能去驅動(dòng)這些配件。

　　* 主逆變器：主逆變器驅動(dòng)電動(dòng)機，也用于再生制動(dòng)，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(dòng)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(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)設計中，電流隔離極為必要。

　　什么是電流隔離，他在電氣系統設計中扮演什么樣的角色？電流隔離把電氣系統的不同功能區分隔開(kāi)，以阻止功能區間的電流流動(dòng)，同時(shí)允許能量或信息在功能區間進(jìn)行交換。圖2A使用簡(jiǎn)單的隔離型數據交換示例來(lái)說(shuō)明這個(gè)概念，數據在電路A和電路B之間交換。專(zhuān)用的偏壓電源VDD1和VDD2在隔離器兩側，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(shí)的傳輸到隔離器的輸出端，在傳輸期間任意時(shí)間內沒(méi)有電流流過(guò)GND1和GND2之間。換言之，GND1和GND2之間的阻抗有效形成了開(kāi)路狀態(tài)，而且數據按照電流隔離定義的形式成功的在兩個(gè)絕緣電路間進(jìn)行傳輸。

　　隔離為EV/HEV設計提供三個(gè)重要的電路功能：安全隔離、電壓電平轉換和地噪音抑制。安全隔離保護電氣系統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數字輸入信號跨越隔離柵傳輸到電路B.因為電路B由5V地參考供電，隔離器把1,000V共模電壓電平轉換到GND2電平（0V）。示例顯示已提供安全隔離，因為1,000V輸入側共模電壓由電平轉換到0V輸出。需要注意的是25V輸入信號在隔離器的輸出側轉換成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。