随着新一代电动汽车从400V电池系统过渡到800V电池系统，需要通过隔离来实现敏感电子元器件与快速瞬变高压组件之间的安全通信。
作者｜Sharon 校对｜Jimmy
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芯智驾──集萃产学研企名家观点，全面剖析AI芯片、第三代半导体等在汽车“大变形”时代的机会与挑战！集微网报道，800V高压平台正成为车企竞争新赛道，业界认为这一趋势或将在2023年集中爆发。伴随全球新能源汽车市场渗透率快速提升，终端消费者的补能、充电焦虑成为发展路上的“拦路虎”。2021年以来，国内外车企开始以类似“充电5分钟，续航200公里”的构想来迎合消费者对于快速补能的需求。为进一步提高充电功率、缩短充电时间，绝大多数的主流车企选择高压快充方案，并将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，特别是800V高压快充，已经被越来越多的整车厂提上日程。从400V向800V平台转变，亟需突破的挑战也很多，因为800V的落地是一大系统工程，从系统部件，到整车，以及基础设施等都需要同步变革与推进，上至半导体元器件、电池模组安全性提升，下至车、桩、充电网络的联动升级，当前仍面临许多技术难点。在德州仪器（TI）近日举办的媒体交流会上，德州仪器电源开关、接口和照明部门副总裁兼总经理Troy Coleman对集微网表示，“TI正在以多种方式支持汽车平台向800V过渡。TI能够解决关键的电源管理设计挑战：低EMI、功率密度、低静态电流、低噪声和隔离。而对于800V系统，所有这些挑战都很重要，TI不断推出新产品来应对这些挑战。”
800V汽车系统带来新的隔离挑战Troy Coleman表示，“随着新一代电动汽车从400V电池系统过渡到800V电池系统，需要通过隔离来实现敏感电子元器件与快速瞬变高压组件（例如电机）之间的安全通信。”这其中，半导体发挥着重要作用，因为只要存在高电压，半导体隔离技术就会越来越重要。例如，在电动汽车中，高压域与低压域相隔离，而其中必须具有能检查安全性和隔离栅状况的功能，这一功能称为隔离检查。在隔离检查功能中，必须使用半导体技术制造隔离产品来定期检查隔离栅的完整性，从而确保隔离栅没有损坏，这样就不会有人触电。要实现隔离检查，必须通过某种器件来承载这一功能，它必须具有超高的可靠性，而且能够在宽温度范围内将这一功能集成到单个半导体封装中。Troy Coleman表示，“固态继电器就是一个例子。TI通过将隔离集成到小型封装（提高功率密度）中来解决800V系统中的多个设计挑战，并且其静态电流低于现有解决方案以延长电池寿命。同时，集成隔离式DC/DC转换器是通过减少800V电动汽车的重量、尺寸和提高效率来提高功率密度的另一个例子。”TI深耕隔离领域的创新，并在过去20年左右的时间里一直投资开发隔离系列产品，包括高压系统的隔离技术，从而能向全球客户交付创新的差异化先进产品。
多种方案支持汽车制造商轻松过渡到800V如上所言，TI在隔离技术领域布局多年，如今通过在隔离技术中集成更多功能，能够实现固态继电器解决方案，帮助客户降低复杂性，并保持电动汽车等隔离环境所需的安全性，甚至更轻松地过渡到800V技术。在汽车技术变革路上，TI将这些新技术融入新一代产品中，推出了TPSI3050-Q1 和 TPSI2140-Q1固态继电器，它们是完全集成电源和信号隔离功能的固态继电器，有助于在工业和汽车系统中实现多千伏级隔离。据Troy Coleman介绍，这些特定器件是全新固态继电器系列中的首批产品。如果设计初衷是在电动汽车电池管理系统等隔离高压环境中实现更高的可靠性，则通常需要增加组件，这样会导致车辆的尺寸、重量和成本增加。而TI这些全新的固态继电器产品系列在单一芯片中集成了电源和信号传输，有助于工程师在设计中省去3个元件，与现今市场中的机电继电器和固态光继电器解决方案相比，该解决方案尺寸和 BOM 成本可减少达 50%，能够帮助客户在整个系统级别降低成本。例如，TPSI3050-Q1可以提供高达5kV增强型隔离，其工作寿命比机电继电器高10倍。TPSI2140-Q1能提供高达3.75kV的基础型隔离，还能帮助电池管理系统更快检测到故障，并在汽车中符合关键安全性标准。另一方面，工业、汽车等系统对隔离技术的要求越来越高，其不仅需要提供隔离，还需要提供高功率密度和低EMI，从而提高这些产品的效率并简化合规性。Troy Coleman补充道，“对于电源设计人员而言，在越来越小的空间内提供更多功率的需求仍是主要的电源趋势，随着汽车和各种不同应用具有越来越多的功能，这一需求也对EMI带来了挑战。所以客户面临着隔离和EMI的双重挑战，这在这些趋势下逐渐显现。TI开发出了突破性的集成变压器技术，能在很小的 IC 尺寸封装中进行隔离式功率传输，实现了微型化，只有指尖大小”。尤为值得一提的是，TI近期推出的最新器件UCC14240-Q1，它利用了专有集成变压器技术，是业内尺寸超小、精度超高的1.5W隔离式直流/直流偏置电源模块，旨在推动汽车应用向半分布式和分布式偏置电源架构发展的行业趋势。例如，带有集成变压器的汽车类SPI可编程栅极驱动器和偏置电源参考设计，采用 UCC14240-Q1。这一参考设计为牵引逆变器和车载充电器中的电源开关提供隔离式偏置电源和隔离式栅极驱动器，偏置电源和驱动器均可提供更高的隔离等级，尤其是800V总线应用所需的更高隔离等级。
图源｜网络
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