如何保護汽車電池系統(tǒng)免于瞬變、短路和其他故障影響？

　　ACPL-K49T是一個包含LED發(fā)射器、隔離屏障、光二極管接收器以及一個晶體管放大器，結(jié)構(gòu)非常簡單的單通道光電耦合器，請參考圖3左方，這個器件可以處理高達20Kbits/s的數(shù)據(jù)率，提供VCM=1，500V時30kV/μs的高共模抑制（CMR， Common Mode Rejection）能力以及最低4mA的低LED驅(qū)動電流，相反地，ACPL-M72T則具有更為復雜的接收器側(cè)結(jié)構(gòu)，將光二極管耦合到跨阻放大器以及一個電壓比較器的輸出驅(qū)動電路以便可以更好的處理SPI總線的驅(qū)動，請參考圖3中間，這個光電耦合器可以高達10Mbits/s的數(shù)據(jù)率工作，傳播延遲最大為100ns，并且耗電流也僅為4mA。
要對電壓敏感線路進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(yīng)電池陣列的模擬電壓，并把結(jié)果送到電池管理系統(tǒng)的微控制器，如圖3右方。接著微控制器將它與所有電池電壓單元的電壓總合比較，進行系統(tǒng)是否正常運作的診斷，并在必要時送出警告信息給汽車中其他子系統(tǒng)來警告操作者發(fā)生了問題，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(diào)整充電參數(shù)或在檢測出嚴重故障時關(guān)閉充電系統(tǒng)。

　　在典型的實現(xiàn)上，分布在一系列串接電阻上的電池電壓會通過如圖1中ACPL-782T的一個端點進行感應(yīng)，并于ACPL-782T光電隔離屏障的另一側(cè)產(chǎn)生差分輸出電壓，這個差分輸出電壓正比于電機電流，因此可以被轉(zhuǎn)換為單端信號，由于在現(xiàn)代的開關(guān)變頻電機驅(qū)動電路中共模電壓會在數(shù)十納秒內(nèi)出現(xiàn)數(shù)百伏特的變動，因此ACPL-782T在設(shè)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(jiān)測電機電流和直流電壓所需的精確度和穩(wěn)定度，為各種不同形式的電機控制應(yīng)用帶來更平穩(wěn)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是一個低速器件，可以簡單處理片選信號，中間的ACPL-M72T則是一個帶有跨阻放大器和輸出驅(qū)動電路以處理更高信號速度，如時鐘、串行數(shù)據(jù)輸入以及串行數(shù)據(jù)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(yīng)能力使得這個器件成為電池和電機監(jiān)測應(yīng)用的良好選擇。

　　當數(shù)據(jù)送到電池管理系統(tǒng)的微控制器時，微控制器會進行數(shù)據(jù)分析，接著通過CAN總線將控制信號送到充電管理系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、儀表盤以及其它汽車子系統(tǒng)，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(shù)系統(tǒng)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總線本身，請參考圖4，在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，CAN總線可以最高速度工作，不會受到光電隔離器的限制。

　　圖4：微控制器和CAN總線控制器間的5個信號線經(jīng)過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(shè)計下微控制器上就形成了雙重隔離，輸入側(cè)有SPI總線上的光電耦合器，輸出側(cè)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(tǒng)顯示共有5個光電耦合器提供對CAN控制器的隔離，其中3個為低速光電耦合器如ACPL-K49T，它也被使用在電池管理系統(tǒng)控制器和微控制器間的片選信號線，CAN子系統(tǒng)中其他2個光電耦合器則被使用于微控制器和CAN控制芯片間的數(shù)據(jù)傳送和接收，這些光電耦合器必須能夠處理高了許多的數(shù)據(jù)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隔離需求的適當選擇。