TI 推出固態(tài)繼電器以實現(xiàn)更安全的電動汽車

TI 推出固態(tài)繼電器以實現(xiàn)更安全的電動汽車 

德州儀器 (TI) 著眼于改進電動汽車的隔離技術(shù)，正在推出兩款固態(tài)繼電器芯片，旨在取代傳統(tǒng)的汽車機械繼電器。

隨著電動汽車 (EV) 設(shè)計開始加速和普及，它們也在從 400 V 電池架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?800 V 電池架構(gòu)。這對安全性和復(fù)雜性提出了新的挑戰(zhàn)。為了滿足這些需求，德州儀器宣布推出兩款全新固態(tài)繼電器IC，旨在解決當今電動汽車設(shè)計工程師面臨的安全性和可靠性障礙。  

在本文中，討論了為什么隔離在電動汽車中至關(guān)重要，為什么固態(tài)繼電器提供了一種有吸引力的方法，檢查了新繼電器產(chǎn)品的細節(jié)，并分享了對德州儀器電源開關(guān)負責人采訪中的見解.

電動汽車安全問題岌岌可危

從長遠來看，汽車基本上是人機界面 (HMI) 的最大例子。換句話說，人類每天都會接觸、操作和使用的最大類型的設(shè)備。對于電動汽車來說，這導(dǎo)致了一種固有的危險情況。

電源隔離在 EV 中極為重要，隨著 EV 行業(yè)從 400 V 電池過渡到 800 V 電池，更是如此。TI 推出了一對固態(tài)繼電器 IC，該公司聲稱這些提供了業(yè)界最小的解決方案尺寸，并降低了基于 800 V 系統(tǒng)的動力總成和電池管理系統(tǒng) (BMS) 的物料清單 (BOM) 成本。

從機械到固態(tài)繼電器

汽車行業(yè)在使用機械繼電器提供隔離方面有著悠久的歷史。還使用了固態(tài)光繼電器（基于光電的繼電器）。此外，在制造第一批電動汽車時，使用了機械和光電繼電器，因為這是可用的。TI 表示，憑借其全新的純固態(tài)繼電器產(chǎn)品，它能夠提供比機械繼電器更長的工作壽命，同時提供更高的隔離能力。

TI 今天發(fā)布的兩款固態(tài)繼電器是TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1。TPSI3050-Q1 隔離開關(guān)驅(qū)動器集成了 10 V 柵極電源，TPSI2140-Q1 是 1,400 V、50 mA 隔離開關(guān)。這兩款器件都提供跨單個屏障的集成電源和信號隔離。

TPSI3050-Q1 提供高達 5 kV RMS 的增強隔離，同時還提供比機電繼電器高 10 倍的工作壽命，機電繼電器會隨著時間的推移而退化。此外，TPSI2140-Q1 提供高達 3.75 kV RMS的基本隔離，使其能夠?qū)崿F(xiàn)比固態(tài)光繼電器高四倍以上的時間相關(guān)介電擊穿可靠性。

據(jù) TI 介紹，TPSI3050-Q1 集成了隔離電源、數(shù)字隔離器和柵極驅(qū)動器的功能。TI 聲稱，與機械繼電器解決方案相比，這可將解決方案尺寸減小多達 90%。同時，與傳統(tǒng)固態(tài)光繼電器相比，TPSI2140-Q1 可將解決方案尺寸縮小多達 50%。它通過嵌入信號場效應(yīng)晶體管 (FET) 和電阻器并消除對簧片繼電器的需要來實現(xiàn)。

這些器件是 TI 全新固態(tài)繼電器產(chǎn)品組合中的第一款，該產(chǎn)品還將包括專為高壓工業(yè)應(yīng)用設(shè)計的 IC。除此消息外，TI 還發(fā)布了一篇解釋固態(tài)繼電器優(yōu)勢的技術(shù)文章。

片上隔離柵

這兩個固態(tài)繼電器 IC 本質(zhì)上是具有內(nèi)置于芯片中的隔離柵的電源開關(guān)。芯片將高壓側(cè)和低壓側(cè)分開?？刂菩盘杹碜晕⒖刂破骰蚱渌愋偷牡蛪河?，并通過隔離柵來控制另一側(cè)的某種高壓路徑。TI 表示，屏障處的隔離技術(shù)是一種高度彈性的制造工藝。

這些設(shè)備的工作電壓實際上是 1400V，因此它們被指定在遠高于 400V 和 800V EV 電池技術(shù)所需的電壓下工作，因為我們看到未來會進一步超過 800V。

速度是新型固態(tài)繼電器的另一個關(guān)鍵方面。TI 認為，新型固態(tài)繼電器可以通過單個隔離柵斷開和連接負載，速度比機電繼電器快得多。

機械繼電器的開啟和關(guān)閉通常需要幾十到幾百毫秒，但在固態(tài)繼電器的情況下，它是數(shù)百微秒。

固態(tài)繼電器可以提供關(guān)鍵的隔離功能，使人類免受傷害。他們可以防止問題發(fā)生，但如果發(fā)生了，也可以立即處理。為了說明提速的重要性，使用了一個典型的 EV 功能示例：安全切斷。

電動汽車運行“隔離檢查”功能，該功能在汽車啟動的整個過程中都在后臺運行——檢查以確保 400 V 電池與底盤隔離，這樣，如果有人打開引擎蓋并觸摸底盤，他們不會觸電。

TI負責人解釋說，TI 的固態(tài)繼電器可用于其開關(guān)機制，以檢查隔離柵是否正常工作。

更多隔離產(chǎn)品

除了兩款新的固態(tài)繼電器 IC，TI 還宣布了其他新產(chǎn)品作為其隔離產(chǎn)品組合的一部分。其中包括UCC14240-Q1，這是一款隔離式 DC/DC 偏置電源模塊，旨在提高 EV 行駛里程。

另一個新產(chǎn)品是AMC23C12，TI 聲稱它是“業(yè)界首個”增強型隔離比較器?？傮w而言，AMC23C12 將標準比較器的功能與電流隔離柵結(jié)合在一起，并在不到 400 ns 的時間內(nèi)提供隔離式雙向過流和過壓檢測。

TPSI3050Q1EVM（如圖所示）和 TPSI2140Q1EVM 評估板分別可用于 TPSI3050-Q1 和 TPSI2140-Q

隨著 EV 系統(tǒng)設(shè)計人員計劃從 400 V 電池過渡到 800 V 電池，需要考慮新的技術(shù)選擇。這些來自 TI 的新型隔離產(chǎn)品解決了未來的許多挑戰(zhàn)，并促進了從機械繼電器向固態(tài)替代品的轉(zhuǎn)變。

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