TI 推出固态继电器以实现更安全的电动汽车

TI 推出固态继电器以实现更安全的电动汽车 

德州仪器 (TI) 着眼于改进电动汽车的隔离技术，正在推出两款固态继电器芯片，旨在取代传统的汽车机械继电器。

随着电动汽车 (EV) 设计开始加速和普及，它们也在从 400 V 电池架构转变为 800 V 电池架构。这对安全性和复杂性提出了新的挑战。为了满足这些需求，德州仪器宣布推出两款全新固态继电器IC，旨在解决当今电动汽车设计工程师面临的安全性和可靠性障碍。  

在本文中，讨论了为什么隔离在电动汽车中至关重要，为什么固态继电器提供了一种有吸引力的方法，检查了新继电器产品的细节，并分享了对德州仪器电源开关负责人采访中的见解.

电动汽车安全问题岌岌可危

从长远来看，汽车基本上是人机界面 (HMI) 的最大例子。换句话说，人类每天都会接触、操作和使用的最大类型的设备。对于电动汽车来说，这导致了一种固有的危险情况。

电源隔离在 EV 中极为重要，随着 EV 行业从 400 V 电池过渡到 800 V 电池，更是如此。TI 推出了一对固态继电器 IC，该公司声称这些提供了业界最小的解决方案尺寸，并降低了基于 800 V 系统的动力总成和电池管理系统 (BMS) 的物料清单 (BOM) 成本。

从机械到固态继电器

汽车行业在使用机械继电器提供隔离方面有着悠久的历史。还使用了固态光继电器（基于光电的继电器）。此外，在制造第一批电动汽车时，使用了机械和光电继电器，因为这是可用的。TI 表示，凭借其全新的纯固态继电器产品，它能够提供比机械继电器更长的工作寿命，同时提供更高的隔离能力。

TI 今天发布的两款固态继电器是TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1。TPSI3050-Q1 隔离开关驱动器集成了 10 V 栅极电源，TPSI2140-Q1 是 1,400 V、50 mA 隔离开关。这两款器件都提供跨单个屏障的集成电源和信号隔离。

TPSI3050-Q1 提供高达 5 kV RMS 的增强隔离，同时还提供比机电继电器高 10 倍的工作寿命，机电继电器会随着时间的推移而退化。此外，TPSI2140-Q1 提供高达 3.75 kV RMS的基本隔离，使其能够实现比固态光继电器高四倍以上的时间相关介电击穿可靠性。

据 TI 介绍，TPSI3050-Q1 集成了隔离电源、数字隔离器和栅极驱动器的功能。TI 声称，与机械继电器解决方案相比，这可将解决方案尺寸减小多达 90%。同时，与传统固态光继电器相比，TPSI2140-Q1 可将解决方案尺寸缩小多达 50%。它通过嵌入信号场效应晶体管 (FET) 和电阻器并消除对簧片继电器的需要来实现。

这些器件是 TI 全新固态继电器产品组合中的第一款，该产品还将包括专为高压工业应用设计的 IC。除此消息外，TI 还发布了一篇解释固态继电器优势的技术文章。

片上隔离栅

这两个固态继电器 IC 本质上是具有内置于芯片中的隔离栅的电源开关。芯片将高压侧和低压侧分开。控制信号来自微控制器或其他类型的低压域，并通过隔离栅来控制另一侧的某种高压路径。TI 表示，屏障处的隔离技术是一种高度弹性的制造工艺。

这些设备的工作电压实际上是 1400V，因此它们被指定在远高于 400V 和 800V EV 电池技术所需的电压下工作，因为我们看到未来会进一步超过 800V。

速度是新型固态继电器的另一个关键方面。TI 认为，新型固态继电器可以通过单个隔离栅断开和连接负载，速度比机电继电器快得多。

机械继电器的开启和关闭通常需要几十到几百毫秒，但在固态继电器的情况下，它是数百微秒。

固态继电器可以提供关键的隔离功能，使人类免受伤害。他们可以防止问题发生，但如果发生了，也可以立即处理。为了说明提速的重要性，使用了一个典型的 EV 功能示例：安全切断。

电动汽车运行“隔离检查”功能，该功能在汽车启动的整个过程中都在后台运行——检查以确保 400 V 电池与底盘隔离，这样，如果有人打开引擎盖并触摸底盘，他们不会触电。

TI负责人解释说，TI 的固态继电器可用于其开关机制，以检查隔离栅是否正常工作。

更多隔离产品

除了两款新的固态继电器 IC，TI 还宣布了其他新产品作为其隔离产品组合的一部分。其中包括UCC14240-Q1，这是一款隔离式 DC/DC 偏置电源模块，旨在提高 EV 行驶里程。

另一个新产品是AMC23C12，TI 声称它是“业界首个”增强型隔离比较器。总体而言，AMC23C12 将标准比较器的功能与电流隔离栅结合在一起，并在不到 400 ns 的时间内提供隔离式双向过流和过压检测。

TPSI3050Q1EVM（如图所示）和 TPSI2140Q1EVM 评估板分别可用于 TPSI3050-Q1 和 TPSI2140-Q

随着 EV 系统设计人员计划从 400 V 电池过渡到 800 V 电池，需要考虑新的技术选择。这些来自 TI 的新型隔离产品解决了未来的许多挑战，并促进了从机械继电器向固态替代品的转变。

深圳市晶光华电子有限公司  26年专注提供一站式晶振产品解决方案，产品主要有SMD石英晶振、  车规晶振 、  SMD振荡器等。晶光华始终坚持以品质为基石，品质符合国际IEC和美国ANSI标准。为了满足客户的高标准需求，我司积极整合供应链，真正服务每一位品质客户。