如何保護汽車(chē)電池系統免于瞬變、短路和其他故障影響？

　　ACPL-K49T是一個(gè)包含LED發(fā)射器、隔離屏障、光二極管接收器以及一個(gè)晶體管放大器，結構非常簡(jiǎn)單的單通道光電耦合器，請參考圖3左方，這個(gè)器件可以處理高達20Kbits/s的數據率，提供VCM=1，500V時(shí)30kV/μs的高共模抑制（CMR， Common Mode Rejection）能力以及最低4mA的低LED驅動(dòng)電流，相反地，ACPL-M72T則具有更為復雜的接收器側結構，將光二極管耦合到跨阻放大器以及一個(gè)電壓比較器的輸出驅動(dòng)電路以便可以更好的處理SPI總線(xiàn)的驅動(dòng)，請參考圖3中間，這個(gè)光電耦合器可以高達10Mbits/s的數據率工作，傳播延遲最大為100ns，并且耗電流也僅為4mA。
要對電壓敏感線(xiàn)路進(jìn)行隔離處理以保護微控制器不受瞬變或噪聲影響，可以使用如ACPL-782T等模擬光電耦合器感應電池陣列的模擬電壓，并把結果送到電池管理系統的微控制器，如圖3右方。接著(zhù)微控制器將它與所有電池電壓?jiǎn)卧碾妷嚎偤媳容^，進(jìn)行系統是否正常運作的診斷，并在必要時(shí)送出警告信息給汽車(chē)中其他子系統來(lái)警告操作者發(fā)生了問(wèn)題，另外，微控制器也可以送出反饋控制信號到電池陣列的充電電路，調整充電參數或在檢測出嚴重故障時(shí)關(guān)閉充電系統。

　　在典型的實(shí)現上，分布在一系列串接電阻上的電池電壓會(huì )通過(guò)如圖1中ACPL-782T的一個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行感應，并于A(yíng)CPL-782T光電隔離屏障的另一側產(chǎn)生差分輸出電壓，這個(gè)差分輸出電壓正比于電機電流，因此可以被轉換為單端信號，由于在現代的開(kāi)關(guān)變頻電機驅動(dòng)電路中共模電壓會(huì )在數十納秒內出現數百伏特的變動(dòng)，因此ACPL-782T在設計上可以忽略極高的共模瞬變電壓變化率，最低為10kV/μs，ACPL-782T隔離放大器的高共模抑制（CMR）能力提供了在高噪電機控制環(huán)境中精確監測電機電流和直流電壓所需的精確度和穩定度，為各種不同形式的電機控制應用帶來(lái)更平穩的控制。

　　圖3 SPI接口使用了兩種不同形式的光電耦合器

　　左方的ACPL-K49T是一個(gè)低速器件，可以簡(jiǎn)單處理片選信號，中間的ACPL-M72T則是一個(gè)帶有跨阻放大器和輸出驅動(dòng)電路以處理更高信號速度，如時(shí)鐘、串行數據輸入以及串行數據輸出的較高速光電耦合器，右方的ACPL-782T顯示差分電壓和電流感應能力使得這個(gè)器件成為電池和電機監測應用的良好選擇。

　　當數據送到電池管理系統的微控制器時(shí)，微控制器會(huì )進(jìn)行數據分析，接著(zhù)通過(guò)CAN總線(xiàn)將控制信號送到充電管理系統、傳動(dòng)系統、儀表盤(pán)以及其它汽車(chē)子系統，依微控制器選擇的不同，CAN控制器可以和微控制器集成到相同芯片上，也可采用獨立的芯片，在大多數系統中，CAN控制器為獨立芯片，原因是這樣做可在微控制器和CAN控制器間加入隔離而非在CAN總線(xiàn)本身，請參考圖4，在這樣的應用環(huán)境中，CAN總線(xiàn)可以最高速度工作，不會(huì )受到光電隔離器的限制。

　　圖4：微控制器和CAN總線(xiàn)控制器間的5個(gè)信號線(xiàn)經(jīng)過(guò)光電隔離以避免噪聲、瞬變和高電壓脈沖影響信號完整性或破壞低電壓電路。

　　在這樣的設計下微控制器上就形成了雙重隔離，輸入側有SPI總線(xiàn)上的光電耦合器，輸出側則有微控制器輸入輸出引腳和CAN控制器輸入間的光電耦合器。圖4中的子系統顯示共有5個(gè)光電耦合器提供對CAN控制器的隔離，其中3個(gè)為低速光電耦合器如ACPL-K49T，它也被使用在電池管理系統控制器和微控制器間的片選信號線(xiàn)，CAN子系統中其他2個(gè)光電耦合器則被使用于微控制器和CAN控制芯片間的數據傳送和接收，這些光電耦合器必須能夠處理高了許多的數據率，通常大約為500kbits/s，因此ACPL-M72T和相似的光電耦合器就成為這個(gè)隔離需求的適當選擇。