在需要确保系统运行稳健、可靠的场合都需要隔离,尤其是高压环境中。而为何我们需要高压呢?这是因为高压是经济高效地输电的基础。


以电动汽车为例,高压电池组能够让牵引逆变器、传动系和其他电子器件运行,并产生启动汽车所需的电能,所以是电动汽车的一项基本赋能技术。目前看来,电动汽车充电电压从400V到800V的过渡是非常明确的一个市场趋势。这是因为今天的电动汽车正面临两大痛点:行驶里程和充电速度。为了增加行驶里程,人们选择增加电池容量;为了加快充电速度,人们需要加大功率。而加大功率有两种途径,要么提升电流,要么提升电压,而提升电流方案下的散热管理已经拉到极限,接下来就需要通过提升电压来加快充电速度。


对于汽车系统来讲,当电池电压提高到800V时,势必会带来更严峻的安全性挑战。如何更好地将高压域与低压域相隔离,成为行业性挑战。


 
图 | TI 在过去近 25 年时间里深耕隔离领域的创新


为此,TI在其二十余年开发隔离系列产品的基础上,最新推出了新的固态继电器产品系列,包括符合汽车标准的具有集成 10V 栅极电源的TPSI3050-Q1隔离式开关驱动器以及 TPSI2140-Q1 1400V、50mA 隔离式开关(目前,已发售预量产版本,千片起售。工程师可通过TPSI3050Q1EVM和TPSI2140Q1EVM评估模块评估这些产品)。


 
图 | TI推出新的固态继电器产品系列TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1


该系列产品不仅可以在电动汽车行业向800V电池过渡时确保车辆可靠和安全运行,同时还能减小解决方案尺寸和降低成本。


德州仪器 (TI) 电源开关、接口和照明副总裁兼总经理 Troy Coleman 说。“通过在隔离技术中集成了更多功能,我们的新型固态继电器使工程师能够减小高压电源的尺寸并降低其成本和复杂性,同时保障下一代汽车和工业系统的安全性。”


下面针对这三大优势方向展开说明一下:


优势一:通过集成隔离技术实现更高的系统可靠性


新型固态继电器可以在几微秒内通过单个隔离栅断开和连接负载(而机电继电器则需要数毫秒),从而实现高压汽车系统的更安全运行。TPSI3050-Q1提供高达5kVRMS的增强型隔离,其工作寿命也比机电继电器高10倍,机电继电器的性能也会随着时间的推移而退化。此外,TPSI2140-Q1提供高达3.75kVRMS的基础型隔离,使其能够实现比固态光继电器高四倍以上的时间相关电介质击穿可靠性。 


优势二:借助集成电源和信号隔离减小系统尺寸和降低系统成本


固态继电器将电源和信号传输集成在单一芯片中,同时还从其设计中消除了至少三个元器件,从而显著减小了解决方案尺寸,同时将BOM成本降低了多达50%。与机械继电器解决方案相比,TPSI3050-Q1通过集成隔离电源数字隔离器和栅极驱动器的功能,可将解决方案尺寸缩小多达90%。与传统固态光继电器解决方案相比,TPSI2140-Q1通过集成信号 FET 和电阻器并消除了对舌簧继电器的需求,可将解决方案尺寸减小多达50%。


优势三:提高800V电池管理系统的安全性


TPSI2140-Q1专为高压测量和绝缘监测而设计,可与 BQ79631-Q1等电池组监测器配合使用,可比固态光继电器更快、更准确地检测 800V 电池管理系统中的绝缘故障。TPSI2140-Q1支持使用小于1MΩ的电阻器,并且承受的雪崩电流比传统光继电器多300%,有助于实现更安全的人机交互。


值得一提的是,固态继电器是TI用于隔离信号和/或电源的产品系列的新成员。其他隔离产品还包括 UCC14240-Q1隔离式直流/直流偏置电源模块、AMC23C12增强型隔离比较器等。