全球汽車製造商（OEM）都在宣布推出新型電動汽車（EV）、混合動力電動汽車（HEV）和48V輕型混合動力電動汽車（MHEV）的積極計劃。純電動汽車正在實現兩位數的增長率。48V MHEV係統正在崛起
，將為標準內燃機（ICE）上的發動機子係統帶來電氣化。48V輕型混合動力設計的低成本及其改造現有傳動係統的能力將進一步加速對汽車應用中功率電子設備的需求。

 

隨sui著zhe汽qi車che設she計ji轉zhuan向xiang電dian氣qi化hua，高gao瓦wa數shu功gong率lv電dian子zi設she備bei成cheng為wei新xin型xing電dian子zi傳chuan動dong係xi統tong和he電dian池chi係xi統tong的de關guan鍵jian部bu件jian。這zhe些xie高gao瓦wa數shu電dian子zi設she備bei需xu要yao與yu低di壓ya數shu字zi控kong製zhi器qi通tong信xin並bing由you其qi控kong製zhi
，這zhe需xu要yao在zai控kong製zhi器qi和he電dian力li係xi統tong之zhi間jian進jin行xing電dian氣qi隔ge離li。在zai這zhe些xie應ying用yong中zhong，電dian流liu隔ge離li（通常是基於半導體的隔離）是必須的，以允許數字控製器安全地和現代EV高壓係統進行連接。 

 

 

為了與傳統的ICE車輛進行競爭，EV/HEV中zhong使shi用yong的de電dian池chi必bi須xu具ju有you非fei常chang高gao的de能neng量liang存cun儲chu密mi度du，接jie近jin零ling自zi泄xie漏lou電dian流liu並bing且qie能neng夠gou在zai幾ji分fen鍾zhong而er不bu是shi幾ji小xiao時shi內nei充chong電dian。此ci外wai，電dian池chi管guan理li和he相xiang關guan的de電dian源yuan轉zhuan換huan係xi統tong必bi須xu具ju有you最zui小xiao化hua尺chi寸cun和he重zhong量liang，並bing且qie在zai向xiang電dian動dong機ji提ti供gong大da量liang的de高gao效xiao供gong電dian的de時shi候hou“啜飲”電池電流。現代EV/HEV設計在傳動係統和能量存儲/轉換係統中使用模塊化部件。EV/HEV電池管理係統通常包括四個主要電路組件： 

 

· 車載充電器（OBC）：鋰離子電池提供的能量存儲由車載充電器進行充電
，該充電器由具有功率因數校正的交流-直流轉換器組成，並由電池管理係統監控。

 

· 電池管理係統（BMS）：電池單元由BMS監控和管理
，以確保高效和安全。BMS控製各個電池的充電、健康狀態、放電深度和調節。

 

· DC/DC轉換器：DC/DC轉換器將高壓電池連接到內部12V直流網絡，該網絡為配件提供電源並向本地開關轉換器提供偏置。

 

· 主逆變器：主逆變器驅動電動機，用於再生製動，並將能量返回到電池。

 

圖1展示了這些係統以及需要在EV中控製或通信的許多其他子係統。

 

圖1：汽車EV係統架構示例

 

EV係統需要強大的高性能隔離，以便與數字控製器連接，從而可以保護它們免受高達300V以上電壓的影響。這些子係統，例如圖2中所示的OBC，通常通過CAN總線進行控製，CAN總線同樣需要與車輛中的其他子係統隔離。

 

由於高電流和電氣開關

，EV中(zhong)的(de)低(di)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)在(zai)嘈(cao)雜(za)的(de)連(lian)接(jie)環(huan)境(jing)下(xia)將(jiang)數(shu)字(zi)通(tong)信(xin)信(xin)號(hao)發(fa)送(song)到(dao)位(wei)於(yu)高(gao)壓(ya)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)其(qi)他(ta)組(zu)件(jian)。此(ci)外(wai)
，高(gao)壓(ya)功(gong)率(lv)晶(jing)體(ti)管(guan)需(xu)要(yao)由(you)低(di)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)控(kong)製(zhi)和(he)隔(ge)離(li)，低(di)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)還(hai)需(xu)要(yao)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)中(zhong)其(qi)他(ta)高(gao)壓(ya)部(bu)分(fen)的(de)電(dian)流(liu)或(huo)電(dian)壓(ya)。

 

EV之外的其他係統
，例如充電樁，具有類似的係統要求和隔離需求。

 

表1中所示的隔離元器件經常用於EV係統中的通信和控製。  

 

表1：電動車輛係統中使用的隔離元器件

 

雖sui然ran在zai電dian動dong汽qi車che中zhong已yi經jing使shi用yong了le不bu同tong類lei型xing的de隔ge離li技ji術shu，但dan製zhi造zao商shang正zheng越yue來lai越yue多duo地di轉zhuan向xiang基ji於yu半ban導dao體ti的de現xian代dai隔ge離li技ji術shu，而er不bu再zai使shi用yong基ji於yu光guang耦ou合he器qi的de舊jiu解jie決jue方fang案an。與yu光guang耦ou合he器qi在zai要yao求qiu苛ke刻ke的de汽qi車che應ying用yong中zhong相xiang比bi，這zhe些xie現xian代dai隔離器具有許多優勢

，包括更長的使用壽命、顯著提高的溫度和老化的穩定性、更快的開關速度和更高的抗噪性。

 

隨著汽車供應商采用寬帶隙功率晶體管（如氮化镓（GaN）或碳化矽（SiC））去滿足不斷增加的功率密度
，基於半導體的隔離的優勢變得至關重要。這些GaN或SiC係(xi)統(tong)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)更(geng)高(gao)的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)來(lai)減(jian)小(xiao)係(xi)統(tong)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)的(de)尺(chi)寸(cun)

，但(dan)是(shi)會(hui)導(dao)致(zhi)顯(xian)著(zhu)的(de)更(geng)高(gao)電(dian)噪(zao)聲(sheng)。半(ban)導(dao)體(ti)隔(ge)離(li)是(shi)應(ying)對(dui)這(zhe)些(xie)更(geng)高(gao)速(su)度(du)和(he)更(geng)高(gao)嘈(cao)雜(za)環(huan)境(jing)的(de)理(li)想(xiang)選(xuan)擇(ze)。

 

suoxiaozhexiexitongdechicunbingzengjiagonglvmiduhuishigongzuowendushenggao，zhehuishiguangouheqiguoyinglibingjiangdiqixingneng。jiyubandaotidegelizaizhexiegenggaodewendufanweineijuyoumingxiangenghaodexingnenghekekaoxing，zheshiqichengweiqicheEV設計的理想選擇。

 

 

OBC係統（參見圖2中的簡化框圖）負責將標準交流充電源轉換為用於對車輛中的電池組充電的直流電壓。此外，OBC還執行其他關鍵功能，如電壓監控和保護。 

 

圖2：車載充電器係統示例

 

OBC係統采用交流輸入源
，通過全波整流器將其轉換為高壓直流總線電壓，並提供功率因數校正（PFC）。產生的直流信號被斬波成開關方波，用於驅動變壓器以產生所需的直流輸出電壓。輸入信號的斬波由隔離柵極驅動器（例如Silicon Labs的Si8239x器件）完成。

 

在隔離柵極驅動器的控製下
，可以使用同步場效應晶體管（FET）將輸出電壓濾波成最終直流電壓。使用隔離的模擬傳感器（如Silicon Labs的Si892x器件），輸出電壓能夠被監視，以向係統控製器提供閉環反饋。

 

整個係統可以通過隔離的CAN總線進行監控。CAN總線通過數字隔離器進行隔離
，這些隔離器有時也帶有集成的DC/DC電源轉換器，例如Silicon Labs的Si86xx和Si88xx隔離器。 

 

 

如圖3所示，這個簡化的BMS係統展示了在與一個EV子係統進行連接時信號和電源隔離的重要性。在大多數EV子係統中，CAN總線通過數字隔離與該子係統中的高壓隔離。現代數字隔離兩側各需要一個電源為隔離器供電（高壓域和低壓域）。該電源也可為連接到隔離器的其他設備供電

，例如CAN總線收發器。

 

在圖3中，高壓域是電池組一側，低壓域是CAN收發器一側。此示例主要關注CAN總線接口

，但微控製器（MCU）和電池組本身之間可能有額外的隔離。

 

圖3：電池管理係統通信接口 

 

通過使用集成DC-DCzhuanhuanqidequangelijiejuefangan，kaifarenyuankeyijianxiaozhenggexitongshejideguimohefuzaxing。zhexiejuyoujichenggonglvzhuanhuanqidegelijiejuefangankeyongyucheliangzhongdexuduobaohanCAN總線收發器的子係統。 

 

 

為車輪提供動力是EVdezuihoujieduan，zhexuyaojiangjigeguanjiandegeliyuanqijianzhenghedaoshejizhong。qianyinmadaqudongxitongxuyaohuoqudianchidegaoyazhiliushuchubingqudongqianyinmada。daduoshudiandongcheliangzhongdeqianyinmadashijiaoliuganyingshide。weilequdongmada，qianyinmadakongzhiqibixucongdianchizuchanshengdegaoyazhiliudianyuanxianshanghechengchukebianjiaoliuboxing。

 

這zhe些xie係xi統tong需xu要yao在zai馬ma達da控kong製zhi器qi和he功gong率lv晶jing體ti管guan之zhi間jian采cai用yong隔ge離li驅qu動dong器qi。隔ge離li允yun許xu低di壓ya控kong製zhi器qi安an全quan地di開kai關guan高gao功gong率lv晶jing體ti管guan以yi產chan生sheng交jiao流liu波bo形xing。此ci外wai，馬ma達da控kong製zhi係xi統tong中zhong可ke能neng存cun在zai隔ge離li的deCAN總線
，並且有某些方法可以感測驅動馬達的電流，以監控速度和轉矩。圖4展示了一個使用一係列數字隔離設備的簡化的牽引馬達控製係統。 

 

圖4：簡化的牽引馬達控製係統 

 

 

汽車電子必須滿足比工業係統更嚴格的測試和質量標準。大多數汽車客戶需要更嚴格的AECQ-100認證、ISO/TS16949審核合規
、擴展的工作溫度範圍（-40℃至+125℃）和極低的缺陷率。

 

這些提高的需求意味著汽車電子供應商需要采取額外措施來確保其組件能夠滿足其客戶的需求。需要在晶圓廠
、器件封裝和最終組裝中進行額外的質量控製。

 

為了提供真正的汽車級器件
，這些提高的器件參數也必須得到質量體係和文檔的支持，例如零件生產批準程序（PPAP）、國際材料數據係統（IMDS）和中國汽車材料數據係統（CAMDS）。 

 

結論 

汽(qi)車(che)行(xing)業(ye)電(dian)氣(qi)化(hua)的(de)競(jing)爭(zheng)正(zheng)在(zai)加(jia)速(su)，每(mei)年(nian)都(dou)有(you)更(geng)多(duo)車(che)輛(liang)來(lai)自(zi)更(geng)多(duo)不(bu)同(tong)製(zhi)造(zao)商(shang)。電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)數(shu)量(liang)和(he)類(lei)型(xing)的(de)增(zeng)加(jia)為(wei)電(dian)子(zi)供(gong)應(ying)商(shang)創(chuang)造(zao)了(le)在(zai)車(che)輛(liang)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)增(zeng)加(jia)其(qi)設(she)備(bei)占(zhan)有(you)率(lv)的(de)機(ji)會(hui)。這(zhe)些(xie)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)和(he)噪(zao)聲(sheng)環(huan)境(jing)需(xu)要(yao)強(qiang)大(da)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)，以(yi)確(que)保(bao)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)的(de)運(yun)行(xing)。由(you)於(yu)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)的(de)瓦(wa)數(shu)和(he)縮(suo)小(xiao)的(de)EVzixitongchicunerdailaidechixuzengjiadegonglvmiduchanshenglekekederehedianzaoshengtiaojian。jiyubandaotidegeliyuchuantongdeguangouheqijiejuefanganxiangbijuyoumingxiandeyoushi
，zheshiqichengweizhexieyaoqiukekedeEV應用的理想選擇。

 

與工業客戶相比
，汽車客戶需要更寬的工作溫度、更高的質量和更嚴格的文檔和係統。能夠滿足所有這些需求的電子產品供應商正準備好迎接即將到來的EV浪潮。

 

 

Ross Sabolcik

Silicon Labs副總裁兼電源產品總經理 

Ross Sabolcik是Silicon Labs副總裁兼電源產品總經理，負責監理公司的數字隔離器
、隔離柵極驅動器
、隔離FET驅動器、電流傳感器和以太網供電（PoE）產品。這些產品廣泛用於工業、綠色能源
、汽車和消費電子應用。Sabolcik先生於1999年加入Silicon Labs
，並擔任過公司sub-GHz無線產品的營銷總監、廣播產品的應用和係統工程總監、有線產品應用工程總監，以及有線產品的應用工程經理。在加入Silicon Labs之前，Sabolcik先生曾在National Instruments工作

，負責管理嵌入式軟件的產品開發
，以及精密PC儀器的板級硬件設計。此外，他擁有倫斯勒理工學院計算機和係統工程碩士學位和賓夕法尼亞州立大學電子工程學士學位。