電流隔離增強(qiáng)EV/HEV安全、性能和可靠性
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雖然電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力汽車（HEV）技術(shù)仍然處于一個(gè)漸進(jìn)的發(fā)展階段，但是對(duì)于烴類燃料的長(zhǎng)期供應(yīng)和對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注，成為新興汽車市場(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)力汽車相當(dāng)?shù)膬r(jià)格和性能。為了與現(xiàn)有汽車競(jìng)爭(zhēng)，用于EV/HEV的電池必須具有非常高的能量存儲(chǔ)密度、接近零的泄漏電流和幾分鐘（而不是幾小時(shí)）內(nèi)完成充電的能力。此外，電池管理和相關(guān)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)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(dá)提供大量高效能量。 現(xiàn)代EV/HEV設(shè)計(jì)在傳動(dòng)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中采用模塊化組件。EV/HEV電池管理系統(tǒng)通常包括五個(gè)主要電路部件： * 車載充電器：能量存儲(chǔ)由400~450V鋰離子電池提供，此電池依靠車載充電器充電；車載充電器由具有功率因數(shù)校正（PFC）的AC/DC變換器組成，并由電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)視。該充電器可適應(yīng)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(tǒng)：電池單元由BMS監(jiān)控和管理，以確保高效率和安全性。BMS監(jiān)控各個(gè)電池單元的充電、狀態(tài)、放電深度和調(diào)節(jié)度。 * DC/DC變換器：DC/DC變換器連接高壓電池到內(nèi)部12V DC網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)為車內(nèi)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(xiàn)代汽車?yán)闷?lái)驅(qū)動(dòng)引擎配件，例如空調(diào)和動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵。EV/HEV需要輔助逆變器生成所需的電能去驅(qū)動(dòng)這些配件。 * 主逆變器：主逆變器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，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。 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)力汽車設(shè)計(jì)中，電流隔離極為必要。 什么是電流隔離，他在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演什么樣的角色？電流隔離把電氣系統(tǒng)的不同功能區(qū)分隔開(kāi)，以阻止功能區(qū)間的電流流動(dòng)，同時(shí)允許能量或信息在功能區(qū)間進(jìn)行交換。圖2A使用簡(jiǎn)單的隔離型數(shù)據(jù)交換示例來(lái)說(shuō)明這個(gè)概念，數(shù)據(jù)在電路A和電路B之間交換。專用的偏壓電源VDD1和VDD2在隔離器兩側(cè)，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?shù)礁綦x器的輸出端，在傳輸期間任意時(shí)間內(nèi)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(shù)據(jù)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(shè)計(jì)提供三個(gè)重要的電路功能：安全隔離、電壓電平轉(zhuǎn)換和地噪音抑制。安全隔離保護(hù)電氣系統(tǒng)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(zhuǎn)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(shù)字輸入信號(hào)跨越隔離柵傳輸?shù)诫娐稡.因?yàn)殡娐稡由5V地參考供電，隔離器把1,000V共模電壓電平轉(zhuǎn)換到GND2電平（0V）。示例顯示已提供安全隔離，因?yàn)?,000V輸入側(cè)共模電壓由電平轉(zhuǎn)換到0V輸出。需要注意的是25V輸入信號(hào)在隔離器的輸出側(cè)轉(zhuǎn)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。 圖2C顯示隔離如何減少或完全消除地噪聲。如圖上側(cè)所示，5V信號(hào)源在一條長(zhǎng)長(zhǎng)的高寄生電感PCB導(dǎo)線上傳輸信號(hào)，導(dǎo)致地噪聲干擾。如圖下側(cè)所示，添加的隔離器大大縮短本地有效接地長(zhǎng)度，從而抑制地噪聲。 數(shù)字隔離器的各種好處能夠通過(guò)不同的組合方式使用，使EV/HEV電氣系統(tǒng)更加安全可靠。圖3中主逆變器模塊圖顯示隔離器的使用位置。隔離在高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和相電流及電壓測(cè)量電路中的電壓控制器之間，提供了安全隔離、電平轉(zhuǎn)換和電壓傳輸。同樣的，隔離驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)器和高壓電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路之間也提供類似功能。隔離的DC/DC變換器在反饋環(huán)路中使用線性安全隔離，確保電源主級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)間沒(méi)有電流流動(dòng)，消除了高壓擊穿的可能性，并解決漏電到低壓電路的問(wèn)題。最后，傳感器之間使用線性或數(shù)字隔離器，以確保安全性、電平轉(zhuǎn)換、電壓傳輸，并且消除可能的地環(huán)路噪聲。
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