混合動力和電動汽車（HEV/EV）將400V和更高電壓的設(shè)計導(dǎo)入了汽車和交通領(lǐng)域。在嚴酷的汽車環(huán)境中，要應(yīng)對如此高的電壓和大的電流，就需要高度可靠且可長期穩(wěn)定工作的方案，以便能有效地將此高壓和其它電子功能電路（當(dāng)然，最重要的是駕駛?。└綦x開來。

　　交通應(yīng)用中的隔離要求

　　汽車、卡車和摩托車中采用的混合動力和電動傳動系統(tǒng)，在交通運輸產(chǎn)業(yè)引發(fā)了新的、前所未知的挑戰(zhàn)。原來的12V電壓網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在需輔之以400V或更高的電池和電源系統(tǒng)，從而對汽車OEM和系統(tǒng)模塊供貨商提出了一系列全新要求。諸如高壓電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、用于驅(qū)動馬達的逆變器，以及連接到230V/380V電網(wǎng)的車載充電器模塊等混合動力/電動車內(nèi)的全部功能，都提出了隔離要求（圖1）。

　　圖1：電動車典型系統(tǒng)架構(gòu)。

　　與工業(yè)應(yīng)用相較，汽車和運輸應(yīng)用對隔離有著不同要求。堅實可靠當(dāng)然是必須的，而對磁“噪聲”也必須要有強大抵抗力。車內(nèi)的大功率水平（如工作在400V的 100KW馬達，意味著250A的工作電流）會在車內(nèi)產(chǎn)生必須妥善處理的強磁場。所用零件的使用期限必須足夠長以滿足車輛預(yù)期壽命要求；例如必須滿足大型運輸應(yīng)用幾十年的使用要求。用于汽車環(huán)境的產(chǎn)品，將推動對汽車應(yīng)用質(zhì)量（Q1）的要求，以及要滿足-40至+125℃的工作溫度范圍。

　　同時，這些領(lǐng)域的成本壓力，將推動對更高系統(tǒng)整合度的要求，因此，具備隔離功能的單芯片產(chǎn)品，如CAN收發(fā)器、ADC或門極驅(qū)動器等組件就展現(xiàn)出了優(yōu)勢。

　　不同的數(shù)字隔離技術(shù)

　　原則上，有四種不同的數(shù)字隔離方法：光、電感式，電容式和射頻式。以下將介紹前三種方法。

　　光隔離技術(shù)使用透明絕緣隔離層進行光傳輸來實現(xiàn)光隔離。透過驅(qū)動LED（發(fā)光二極管），數(shù)字信號從電轉(zhuǎn)換成光。然后通過隔離層傳輸這個光信號，再用光學(xué)檢測組件（光電二極管、光電晶體管）將光信號轉(zhuǎn)換回電信號。

　　光隔離的主要優(yōu)點是光對電場或磁場具有免疫力及有可能輸送靜態(tài)信號。在隔離層的接收側(cè)（flipside），光隔離器的工作頻率（傳輸速度）受限于LED相對較慢的特性。對混合動力/電動汽車應(yīng)用來說，光隔離有限的壽命是一個主要缺點。隨著時間的推移，LED的效率將降低，從而需要加大信號驅(qū)動電流（通常從 10mA開始），所以，隨著時間的綿延，這種光隔離終將無法發(fā)揮功用。

　　電感隔離使用兩個線圈之間的磁場變化實現(xiàn)跨隔離勢壘 （isolation barrier）的通訊。電感隔離法的一個優(yōu)點是共模和差分傳輸間的不同，這意味著它的抗噪能力良好。這種方法的缺點是可能來自磁場的失真，對混合動力/ 電動汽車應(yīng)用的馬達控制環(huán)境來說，這種失真很常見。

　　電容隔離利用穿越隔離勢壘的電場變化。電容隔離法的好處是對磁場的免疫力更強和長的系統(tǒng)壽命。電容隔離與電感隔離法的傳輸速度近似。

　　但電容隔離法的缺點是沒有差分信號（即：信號和噪聲共享同一信道）。另外，與電感隔離法一樣，它們都不能直接傳輸靜態(tài)信號（必須先與頻率信號進行編碼）。

　　隔離產(chǎn)品

　　一個采用電容隔離法的例子是德州儀器的 ISOxxxx系列。圖2是ISO72xx系統(tǒng)簡化架構(gòu)圖。ISOxxxx組件在單一封裝內(nèi)，整合兩個放置在分離型導(dǎo)線架上的裸晶，以及傳送和接收芯片。兩個裸晶間僅透過一條接合線連接。在接收器上實現(xiàn)的實際隔離功能，是采用基于二氧化硅（SiO2，即玻璃）的，以銅和摻雜硅為基板電極的電容（圖3）。使用SiO2可帶來高可靠性和長壽命的優(yōu)點。

　　圖2：TI的ISO 72xx系列架構(gòu)圖。

　　圖3：TI的ISO72xx系列裸片照片，右側(cè)的接收器芯片上采用了二氧化硅隔離。

　　兩個信道同時允許直流和交流通訊，此外，它還具有故障防范功能。

　　基本AC信道使用輸入信號，并在過濾后透過由隔離電容組成的差分對傳輸該信號。然后，接收芯片上的施密特觸發(fā)器的輸入端對其進行檢測，最后經(jīng)輸出緩沖器輸出該接收到的信號。它可實現(xiàn)非常高速的傳輸、輕微脈寬失真和短傳輸延遲，但不能發(fā)送DC信號。

　　可用DC通道透過隔離勢壘傳送DC（或速度非常低的）信號。芯片上振蕩器將信號編碼為PWM信號，借助與AC信道類似的差分信號越過隔離勢壘進行傳送。在接收芯片端，對信號進行譯碼并送至輸出緩沖器。

　　但是，DC信道也用于故障防范功能。例如，如果發(fā)送端的電源電壓不夠高，則振蕩器將停止工作，這就意味著接收端將檢測不到數(shù)據(jù)信號，從而發(fā)出故障指示并輸出高電平。在正常工作（即有足夠的數(shù)據(jù)傳輸密度）時，輸出多任務(wù)器將忽略DC通道；但當(dāng)AC通道在約4us的時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸時，DC信道將得到優(yōu)先權(quán)。一旦AC信號有一個跳變，多任務(wù)器將立即又切換回該通道。

　　有多種隔離組件可用以滿足不同配置（單到四）要求。它們都能在高達150Mbps的數(shù)據(jù)速率下，提供560V的連續(xù)絕緣（4kV峰值瞬態(tài)）。另外，這些組件都滿足汽車級應(yīng)用要求。

　　可靠性考慮及外部電磁場免疫力

　　嚴酷的汽車和交通運輸環(huán)境，加上車輛的長使用壽命等特點，要求組件具有特殊特性。平均無故障時間（MTTF）是確定半導(dǎo)體電路可靠性的一種標準方法。對隔離組件來說，它同時適用于集成電路和隔離原理這兩方面。應(yīng)使用90%的可信任水平和125℃的環(huán)境溫度進行評測，典型電容和電感組件的平均無故障時間超過2，000年，而 FIT（109小時內(nèi)的故障數(shù)）在60以內(nèi)。而典型光學(xué)組件的平均無故障時間只有30年，F(xiàn)IT將近4，000。

　　就對磁場的免疫力來說，圖4比較了感性與容性組件。感性組件和容性組件（ISO721）都具有遠超IEC61000標準的高磁場免疫力。但，容性組件ISO721更勝一籌，這對惡劣的汽車環(huán)境應(yīng)用特別重要。

　　圖4：對外部磁場的免疫力。