在電動汽車(EV)與混合動力汽車(HEV)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，提升性能、能效以及安全性成為行業(yè)焦點。眾多電子功能在滿足這些需求中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其中，實現(xiàn)最佳功率控制的精確電壓檢測功能尤為重要。無論是 EV 還是 HEV，其關(guān)鍵部件，像逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器等，對電壓檢測電路都有著嚴(yán)苛要求。這些電路不僅要具備高帶寬、小誤差、小漂移以及高共模瞬態(tài)抗擾度(CMTI)，還需符合 AEC - Q100 等汽車標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，基于變壓器的隔離放大器憑借獨特優(yōu)勢，成為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的理想選擇。

隔離放大器工作原理與優(yōu)勢

隔離放大器作為專門的差分放大器，其核心特點是在輸入和輸出電路之間提供可靠的電氣隔離。在 EV 和 HEV 應(yīng)用里，基于變壓器的隔離放大器，如 ADuM3195，展現(xiàn)出卓越性能。這類放大器通過變壓器耦合達(dá)成隔離，具體而言，載波信號借助變壓器跨越隔離屏障進(jìn)行傳輸。變壓器在輸入和輸出電路間構(gòu)建起電隔離，這一特性不僅能安全測量高電壓，還能有效保護(hù)敏感電路。并且，它無需直接電氣連接就能實現(xiàn)信號傳輸，避免了諸多潛在風(fēng)險。

基于變壓器的隔離技術(shù)在電壓檢測應(yīng)用中優(yōu)勢顯著。在嘈雜的電氣環(huán)境里，共模電壓干擾是一大難題，而該技術(shù)能有效抑制共模電壓。以 Analog Devices 開發(fā)的 iCoupler 技術(shù)為例，其采用的絕緣材料具備出色的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，這使得器件極為耐用。該材料可承受超過 10 kV 的浪涌電壓，能在 400 伏均方根(V RMS)電壓下長期穩(wěn)定工作。同時，iCoupler 技術(shù)能在高頻下運行，支持高達(dá)每秒 150 兆比特(Mb/s)的數(shù)據(jù)傳輸速度。這一功能借助高效的信號編碼方法得以實現(xiàn)，數(shù)據(jù)被編碼為 1 納秒(ns)脈沖，不僅實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸，還降低了功耗，每個通道的功耗通常低于 1 毫安(mA)。此外，iCoupler 器件還集成了輸入短時脈沖波干擾濾波器，在電磁嘈雜的汽車環(huán)境中，能有效降低噪聲，確保信號傳輸?shù)募儍舳龋嵘w性能。

隔離放大器在電動汽車中的應(yīng)用

逆變器控制

逆變器在 EV 和 HEV 中負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，為電機提供動力。其工作過程中的電壓變化迅速且復(fù)雜，需要精確的電壓檢測來實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。ADuM3195WBRQZ 隔離放大器憑借 210 kHz 的高帶寬，可實現(xiàn)低于 5 μs 的響應(yīng)時間，這對于逆變器的精確控制意義重大。一方面，能確保電機平穩(wěn)運行，避免因電壓控制不當(dāng)產(chǎn)生的抖動和效率降低;另一方面，有助于最小化電壓紋波，減少對電機和其他電路的干擾，延長設(shè)備使用壽命。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器

DC/DC 轉(zhuǎn)換器在電動汽車中用于調(diào)整電壓，滿足不同部件的供電需求。在其工作過程中，ADuM3195WBRQZ 的高阻抗輸入發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它極大地減少了與測量相關(guān)的功率損耗，保障了轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定運行。同時，該隔離放大器的低失調(diào)誤差和低失調(diào)漂移特性，確保在溫度變化時，也能為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供準(zhǔn)確的電壓反饋。在處理各種輸出電壓時，這種準(zhǔn)確度能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，有效減少紋波，提升傳動系統(tǒng)性能。此外，在充電過程中，其快速響應(yīng)特性有助于實現(xiàn)高效充電，提高充電速度，縮短充電時間。

車載充電器

車載充電器在工作時會產(chǎn)生大量熱量，ADuM3195WBRQZ 耐高溫的特性使其可放置在車載充電器附近，用于精確監(jiān)測電壓。這不僅有助于防止熱失控，有效管理熱循環(huán)，還能避免電力電子器件出現(xiàn)發(fā)熱點，保障車載充電器安全、穩(wěn)定運行。并且，其 3,000 VRMS 的隔離電壓，能可靠保護(hù)低壓電子設(shè)備和用戶免受高壓系統(tǒng)(高達(dá) 400 V)的影響，在功率級和控制電路之間提供有效的噪聲抑制，同時實現(xiàn)與低壓系統(tǒng)(12/48 V)的連接。

評估板助力開發(fā)

為幫助設(shè)計人員快速上手，相關(guān)廠商推出了有助于啟動設(shè)計過程的評估板。以某評估板為例，它具備高電壓隔離和測量功能，可安全測量高達(dá) 1,000 V 的高直流電壓，這與 EV/HEV 電池系統(tǒng)緊密相關(guān)。開發(fā)人員能借助它監(jiān)控電池組電壓、測量電池管理系統(tǒng)(BMS)中的單電池電壓，并與高壓直流母線連接。其輸入分壓器可靈活調(diào)整，以適應(yīng) EV/HEV 中常見的不同電壓范圍。此外，只需稍加改動，該電路板就能測量交流電壓，這在電機驅(qū)動逆變器的輸出監(jiān)控、交流充電系統(tǒng)測量以及高壓線路電磁干擾(EMI)/ 噪聲分析等方面大有用處。并且，為降低功耗，當(dāng)用電需謹(jǐn)慎時，電源禁用(PDIS)輸入功能可方便地禁用內(nèi)部電源。

綜上所述，EV 和 HEV 設(shè)計人員在實現(xiàn)性能和能效目標(biāo)的過程中，需要在各種子系統(tǒng)中進(jìn)行精確檢測。基于微型變壓器的隔離放大器，如通過 AEC - Q100 認(rèn)證的 ADuM3195WBRQZ，憑借其性能、微型化和長使用壽命等優(yōu)勢，能夠出色滿足關(guān)鍵設(shè)計要求，為電動汽車行業(yè)的發(fā)展注入強大動力，推動其朝著更高效、更安全的方向大步邁進(jìn)。