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克服高温隔离设计挑战 TI打造符合AEC-Q100最宽温标准的数位隔离器
 

【CTIMES/SmartAuto 报导】   2020年06月11日 星期四

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随着48V系统混合动力汽车在汽车业界日益普及,车内网路讯号隔离需求更显重要,若无法有效且可靠地保护低电压线路,使用较高电压的优势将大打折扣。

数位隔离器保护48V启动器/发电机系统的低电压侧
数位隔离器保护48V启动器/发电机系统的低电压侧

但光是在48V车辆的高电压活动里隔离讯号还不足够,因为混合动力汽车与纯电动车不同,除了电池系统外,亦设有传统内燃引擎,可产生摄氏125度以上的高温,为了在如此环境中稳定运作,车载系统及其元件必须能承受高温,「汽车电子协会(AEC)」亦为此制定「封装晶片故障机制压力测试规格(AEC)-Q100」。

何谓AEC-Q100标准?

AEC-Q100标准明确列出车载系统晶片稳定运作必须符合的规格。由於车载系统内的温度波动变化,AEC-Q100标准的重要规格便为晶片周边运作温度范围,AEC-Q100依据不同温度等级,制订合格车载晶片的运作温度范围。

AEC-Q100定义的温度范围中,Grade-0涵盖最广,通常是为48V混合动力车等高温系统设计,由於使用内燃引擎,车辆温度将可能超过摄氏125度。

然而电动车无内燃引擎,周边运作温度大多不会超过摄氏125度,故Grade-1额定装置便已足够。

系统温度高达150℃也无须担心

德州仪器的ISO7741E-Q1为创新的AEC-Q100 Grade-0数位隔离器,可节省车载设计所需时间、成本和空间,因应周边运作温度可达摄氏125度以上。

以Grade-0数位隔离器保护低电压线路

从以下几种用途中,可说明在隔离车内网路讯号时,尤其是使用 Grade-0 数位隔离器的优点,数位隔离器常用於不同电压领域之间(如48V和12V),以保护低电压侧的线路,并降低高电压共模杂讯对低电压侧讯号的冲击。若需了解如何在混合动力车/电动车内隔离CAN FD通讯,请见「符合混合动力车/电动车隔离CAN系统内的CAN FD时脉需求」应用笔记。

德州仪器隔离系列产品市场经理Neel Seshan举例,若在启动器/发电机使用ISO7741E-Q1等Grade-0 位隔离器,可降低设计复杂度,同时在高温环境中提升讯号保护,在启动器/发电机、数位隔离器,以及TCAN1044EV-Q1等Grade-0控制区域网络弹性资料率(CAN FD)收发器中,可从系统的48V侧传输资料至12V侧,48V电子系统位置邻近内燃引擎,故48V系统温度上升时,会影响到48V侧与12V侧之间介面边缘的隔离器。

Neel Seshan指出,依据各家车厂不同,在不同任务或运作温度情况下,系统温度可能在瞬间突破摄氏125度,甚至达到摄氏150度。

其他应用也可能因数位隔离器温度等级较高而受益,如48V混合动力汽车的水泵浦、冷却风扇、煤烟感测器、牵引逆变器等。多数系统使用数位隔离器,搭配收发器(大多为CAN、CAN FD或区域互联网路[LIN]通讯协定)做为通讯介面。例如,暖通空调(HVAC)压缩器模组可使用隔离器作为通讯,从高电压侧的MCU传输至低电压侧的通讯介面板。

Neel Seshan表示,若数位隔离器所在温度超过运作上限,可能导致系统时脉规格下滑,或隔离器停止而无通讯。两种情况都不利於启动器/发动机等重要系统。因此,为了确保通讯持续不断,一般是使用液体或空气冷却系统减少热能,让晶片温度低於运作上限,但若设计空气冷却系统,会导致冷却系统设计成本、空间和重量等增加,如果晶片可承受较高的周边运作温度,便能减少冷却系统负担,不仅较简单,也更符合成本效益。

ISO7741-Q1等多数合格的车载数位隔离器,均符合摄氏负40度至摄氏125度的 Grade-1温度范围要求,也适合许多车载应用。但在上述举例的高温系统等用途中,ISO7741E-Q1 Grade-0装置可协助混合动力汽车/电动车设计师,提供替代性的数位隔离解决方案,可缩短物料清单和产品上市所需时间,且无需牺牲系统效能。

關鍵字: 数字器  TI 
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