电动汽车技术发展需要隔离产品的保证

近年来，电动汽车行业的增长势头迅猛，且丝毫没有放缓的迹象。 一些报告预测，到 2040 年，电动汽车将占据至少 75% 的汽车市场。随着汽车设计继续朝着电气化方向发展，高功率的电力电子设备已成为新型电子传动系统和电池系统的关键。

然而，在高电压下运行也会带来功率尖峰的风险，可能会损坏车内的电子设备或对车内人员造成致命电击。 由于这些风险，隔离仍然是推动不断增长的电动汽车市场发展的关键技术。

隔离在电动汽车中的重要性

隔离是一个相对较新且迅速兴起的行业，仅在过去几十年才存在，但已成为众多应用的重要组成部分。在车辆中，隔离器很有价值，因为低压数字控制器必须与高功率电子设备通信并对其进行管理。 CMOS 隔离器允许数字控制器安全地与现代电动汽车的高压系统连接。 为了正常运行，这些低压控制器和 IC 需要与电机等高功率系统电气隔离，否则它们可能会出现错误或完全运行失败。

汽车行业的法规越来越严格，安全始终处于最前沿。与在不那么恶劣的环境中运行的数据中心或电信应用程序相比，汽车行业的风险更高，因为任何类型的硬件或软件故障或组件退化都会对车辆本身的性能产生不利影响，这通常会使驾驶员、乘客和行人处于危险之中。

随着电动汽车的进步，抗噪性也是一个日益严峻的挑战。 随着 EV 内部的系统变得更加紧凑，它们内部的组件被放置得更近，意味着相互干扰更大。 EV 中使用的任何电路都会产生噪声并将其传导到系统中。在具有高压瞬变的环境中，如前面提到的汽车环境，这种噪声则会被放大。

对于汽车中的模数转换器、传感器和极低电压微控制器等设备，这种噪声会导致测量偏差、过热和其他负面影响。隔离器消除了接地环路引起的噪声，因为它们在两个电路域之间提供电流隔离。简单地切断接地环路可以极大地提高敏感电路的性能并降低系统的整体噪声水平。

需要隔离的地方

电动汽车的多个区域需要隔离以实现功能和安全。

电池管理系统

为了保持与传统内燃机汽车的竞争力，电动汽车中使用的电池需要非常高的能量存储密度、极低（接近于零）的自漏电流和快速充电的能力。电池管理系统 (BMS) 监控和管理电池以确保高效率和安全性。

BMS 控制单个电池的寿命，包括充电和放电监控、温度、调节、磨损均衡和电池的整体健康状况。该系统的另一个关键功能是管理车载高压电池中存储的电力，并为车辆的其余部分供电。这些功能中的每一项都需要电流隔离，将低压系统与高压域分开，这对安全保证至关重要。

OBC

出于多种原因，隔离在车载充电器 (OBC) 内部很有用，最显着的是促进系统转换功率的能力。 为了给 EV 的电池组充电，需要 OBC 将 120 V 或 240 V 交流电从墙上插座或墙上充电器转换为高压直流总线，同时还提供功率因数校正。 隔离式栅极驱动器可将生成的直流信号调制为方波以驱动变压器，从而产生所需的输出直流电压。 此外，整个系统可以通过数字隔离器隔离的控制器局域网 (CAN) 总线进行监控和控制。

直流/直流转换器

电动汽车中使用高压至低压 DC/DC 转换器将直流电压从一个电压域转换为另一个电压域，从而为多个辅助系统供电。它们将来自高压汽车电池 (200-800 V) 的直流电转换为内部 12-V 或 48-V 直流网络中的较低电压。这为汽车配件提供动力，包括雨刮器和车窗电机、前灯和车内灯、风扇和泵，以及其他几个汽车系统。

在此用例中，与 BMS 一样，需要电流隔离以创建隔离控制系统和高压域之间。 此外，与 OBC 系统一样，该系统也可以通过汽车总线进行调节，例如带有数字隔离器的隔离式 CAN。

牵引逆变器

牵引逆变器为 EV 的传动系统提供动力，用于将存储的直流高压电池转换为交流电以驱动牵引电机。 牵引逆变器将车载高压电池的直流电转换为交流电，以驱动电动汽车的主电机。

逆变器不仅驱动电动机，还用于制动、开关保护、升压和将未使用的能量返回电池等功能。 这些功能中的每一个都需要隔离以在控制系统和高压之间提供屏障：由于牵引逆变器在 400 V 和 800 V 电池之间移动，因此隔离可能导致电击的危险电压至关重要。

结论

由于这些原因，行业正在实施更多的标准，这些标准要求在各种汽车电子元件之间进行某种形式的隔离。 例如，关于 CMOS 隔离器，IEC 60747-17 合规性要求进行随时间变化的电介质击穿测试，以确定隔离器在其使用寿命期间的累积故障率，这最终表明了其隔离的稳健性。 从网络控制器到传感器 IC，汽车电子产品必须遵守一些最高的可靠性标准，以确保车辆在其整个生命周期内的安全性。

随着电动汽车的不断进步和发展，以及汽车行业的法规越来越严格，隔离将成为满足质量和安全要求的关键技术。 作为实现多种类型汽车系统的重要组成部分，隔离通过切断接地环路以提供电路之间的隔离来解决日益紧凑的系统中的噪声问题。 此外，隔离器是在高电压下确保财产和人员安全的一个重要方面。