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高速光耦为新能源汽车的数据总线提供安全可靠的保护

作者:angelazhang时间:2016-03-25

传统的燃油车都是采用发电机给车载用电器供电,最大输出电压为24V或者12V,各个用电器例如仪表盘,空调,车灯等均是从发电机里取电经过降压而来,但是在新能源汽车里面这些电都来自于高压动力电池组经过DC-DC变换而来,如下图一是新能源汽车的拓扑图:


图1:新能源汽车架构


高压动力电池DC400V左右的高压经过DC-DC变成DC14V的低压给车上各种用电器提供电能,这样一来高压和低压同时存在在一个系统中,要保证高压对低压器件不会产生影响,必须要在隔离上做好设计,比如图2所示的CAN bus的隔离框图,此外,这对车上的用电器还提出了一些新的要求。


图2:CAN bus的隔离

 

跟工业应用比较,汽车的隔离要求更高,复杂的路况,高速运行时的磁噪声,都对系统产生极大的干扰,因此汽车级认证也相对苛刻,除了基本的温度要求以外还有很多安全认证和隔离等级认证。新能源汽车总线分布控制策略依然沿用燃料车方式,ECU集中控制,CAN总线节点管理,而在这套控制系统中不允许出现错误,因为这些直接关系到车辆行车安全以及各个部件是否正常运行。除了节点和节点之间采用CAN总线以外,还有MCU和传感器的底层数据交换采用SPI总线,PWM,SENT或者模拟信号,这些都需要采取隔离才能保证准确可靠,如图3所示的SPI总线的隔离框图。


图3:SPI总线的隔离

 

为了很好的解决上述隔离的问题,AVAGO推出了一款汽车级数字光耦ACPL-M71T/ACPL-M72T,该产品最大的源边LED驱动电流为10mA,最大传输时延为26ns,在VCM=1000V时共模抑制能力40Kv/us,通过全球范围的内的汽车级认证包括AEC-Q100一级认证,兼容5V的CMOS供电,最大隔离电压6000V,工作隔离电压为567V,非常适合用在CAN总线,A/D和D/A的信号隔离上,其应用电路如下图4所示。


图4:ACPL-M71T/M72T典型的应用电路

 

下图5所示为该产品的LED寿命以及CTR劣化曲线,基本上在30年内不会有太大的变化,另外,光隔离产品经过全球范围内的汽车级认证和最高级别的隔离电压等级测试,这一切都为新能源汽车信号传输提供了安全可靠的保障。


图5:LED寿命曲线图











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