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克服高溫隔離挑戰 TI打造符合AEC-Q100最寬溫標準的數位隔離器
 

【CTIMES/SmartAuto 報導】   2020年06月11日 星期四

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隨著48V系統混合動力汽車在汽車業界日益普及,車內網路訊號隔離需求更顯重要,若無法有效且可靠地保護低電壓線路,使用較高電壓的優勢將大打折扣。

數位隔離器保護48V啟動器/發電機系統的低電壓側
數位隔離器保護48V啟動器/發電機系統的低電壓側

但光是在48V車輛的高電壓活動裡隔離訊號還不足夠,因為混合動力汽車與純電動車不同,除了電池系統外,亦設有傳統內燃引擎,可產生攝氏125度以上的高溫,為了在如此環境中穩定運作,車載系統及其元件必須能承受高溫,「汽車電子協會(AEC)」亦為此制定「封裝晶片故障機制壓力測試規格(AEC)-Q100」。

何謂AEC-Q100標準?

AEC-Q100標準明確列出車載系統晶片穩定運作必須符合的規格。由於車載系統內的溫度波動變化,AEC-Q100標準的重要規格便為晶片周邊運作溫度範圍,AEC-Q100依據不同溫度等級,制訂合格車載晶片的運作溫度範圍。

AEC-Q100定義的溫度範圍中,Grade-0涵蓋最廣,通常是為48V混合動力車等高溫系統設計,由於使用內燃引擎,車輛溫度將可能超過攝氏125度。

然而電動車無內燃引擎,周邊運作溫度大多不會超過攝氏125度,故Grade-1額定裝置便已足夠。

系統溫度高達150℃也無須擔心

德州儀器的ISO7741E-Q1為創新的AEC-Q100 Grade-0數位隔離器,可節省車載設計所需時間、成本和空間,因應周邊運作溫度可達攝氏125度以上。

以Grade-0數位隔離器保護低電壓線路

從以下幾種用途中,可說明在隔離車內網路訊號時,尤其是使用 Grade-0 數位隔離器的優點,數位隔離器常用於不同電壓領域之間(如48V和12V),以保護低電壓側的線路,並降低高電壓共模雜訊對低電壓側訊號的衝擊。若需瞭解如何在混合動力車/電動車內隔離CAN FD通訊,請見「符合混合動力車/電動車隔離CAN系統內的CAN FD時脈需求」應用筆記。

德州儀器隔離系列產品市場經理Neel Seshan舉例,若在啟動器/發電機使用ISO7741E-Q1等Grade-0 位隔離器,可降低設計複雜度,同時在高溫環境中提升訊號保護,在啟動器/發電機、數位隔離器,以及TCAN1044EV-Q1等Grade-0控制區域網絡彈性資料率(CAN FD)收發器中,可從系統的48V側傳輸資料至12V側,48V電子系統位置鄰近內燃引擎,故48V系統溫度上升時,會影響到48V側與12V側之間介面邊緣的隔離器。

Neel Seshan指出,依據各家車廠不同,在不同任務或運作溫度情況下,系統溫度可能在瞬間突破攝氏125度,甚至達到攝氏150度。

其他應用也可能因數位隔離器溫度等級較高而受益,如48V混合動力汽車的水泵浦、冷卻風扇、煤煙感測器、牽引逆變器等。多數系統使用數位隔離器,搭配收發器(大多為CAN、CAN FD或區域互聯網路[LIN]通訊協定)做為通訊介面。例如,暖通空調(HVAC)壓縮器模組可使用隔離器作為通訊,從高電壓側的MCU傳輸至低電壓側的通訊介面板。

Neel Seshan表示,若數位隔離器所在溫度超過運作上限,可能導致系統時脈規格下滑,或隔離器停止而無通訊。兩種情況都不利於啟動器/發動機等重要系統。因此,為了確保通訊持續不斷,一般是使用液體或空氣冷卻系統減少熱能,讓晶片溫度低於運作上限,但若設計空氣冷卻系統,會導致冷卻系統設計成本、空間和重量等增加,如果晶片可承受較高的周邊運作溫度,便能減少冷卻系統負擔,不僅較簡單,也更符合成本效益。

ISO7741-Q1等多數合格的車載數位隔離器,均符合攝氏負40度至攝氏125度的 Grade-1溫度範圍要求,也適合許多車載應用。但在上述舉例的高溫系統等用途中,ISO7741E-Q1 Grade-0裝置可協助混合動力汽車/電動車設計師,提供替代性的數位隔離解決方案,可縮短物料清單和產品上市所需時間,且無需犧牲系統效能。

關鍵字: 數位隔離器  TI(德州儀器, 德儀
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