解決汽車(chē)xEV應用中的設計難題

需要解決的第二個(gè)難題是BMS電子設計工程師面臨的機械設計限制。在BMS開(kāi)發(fā)中，PCB面積是一種珍貴的資產(chǎn)，設計師必須構建出能適用于超緊湊區域的解決方案。高壓至低壓接口的間距要求（一般稱(chēng)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定的最低要求。對數字和光耦合器兩種隔離解決方案進(jìn)行了比較，以確定哪種方案可以為PCB板節省大量空間。

對于數字隔離解決方案，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。與之相當的光耦合器解決方案要求四個(gè)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(gè)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，使用數字隔離器解決方案，設計師已經(jīng)可以節省大約28mm2的面積。

在限定隔離器件面積之后，設計師接下來(lái)要考慮整個(gè)解決方案所需要的支持元件。數字隔離器（如ADuM1401W）需要使用兩個(gè)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(gè)電阻(5.1mm2)、四個(gè)電容(5.1mm2)和4個(gè)前驅電路(33mm2)，因為多數微控制器無(wú)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(shí)，數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動(dòng)問(wèn)題。對于BMS應用，需要在電池監測器件上實(shí)現功耗的均衡化，以防止電池組出現內在的不平衡。

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

與傳統的光耦合器模式相比，數字隔離器解決方案為設計師提供了一種節省空間的隔離器件實(shí)現方案，如圖2所示。

圖2 PCB板空間比較

總結

總之，xEV電子元件設計工程師面對的數字隔離難題可以借助數種不同的隔離拓撲結構而予以解決。通過(guò)運用數字隔離器，設計師可以為其應用實(shí)現功耗和PCB板面積的雙節省。