在電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)的發(fā)展進(jìn)程中，眾多電子功能對(duì)于實(shí)現(xiàn)車輛的高性能和高能效起著不可或缺的作用。其中，精確的電壓檢測(cè)功能對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳功率控制尤為關(guān)鍵。無(wú)論是 EV 還是 HEV，其關(guān)鍵部件，如逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和車載充電器等，都對(duì)電壓檢測(cè)電路提出了極為嚴(yán)苛的要求。這些電路不僅要具備高帶寬、小誤差、小漂移以及高共模瞬態(tài)抗擾度(CMTI)，還需符合 AEC - Q100 等汽車標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，基于變壓器的隔離放大器憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的理想選擇。

隔離放大器的工作原理與特性

隔離放大器是一種專門的差分放大器，其核心特點(diǎn)在于能夠在輸入和輸出電路之間提供可靠的電氣隔離。在 EV 和 HEV 應(yīng)用中，基于變壓器的隔離放大器，如 ADuM3195，展現(xiàn)出卓越的性能。這類放大器通過(guò)變壓器耦合實(shí)現(xiàn)隔離，具體工作過(guò)程為：載波信號(hào)借助變壓器跨越隔離屏障進(jìn)行傳輸。變壓器在輸入和輸出電路之間構(gòu)建起電隔離，這一特性使其能夠安全地測(cè)量高電壓，同時(shí)有效保護(hù)敏感電路。并且，它無(wú)需直接電氣連接就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，避免了諸多潛在風(fēng)險(xiǎn)。

基于變壓器的隔離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

共模電壓抑制能力

在嘈雜的電氣環(huán)境中，共模電壓干擾是影響電壓檢測(cè)準(zhǔn)確性的一大難題?；谧儔浩鞯母綦x技術(shù)能夠有效抑制共模電壓。以 Analog Devices 開(kāi)發(fā)的 iCoupler 技術(shù)為例，其采用的絕緣材料具備出色的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，這使得器件極為耐用。該材料可承受超過(guò) 10 kV 的浪涌電壓，能在 400 伏均方根(V RMS)電壓下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。同時(shí)，iCoupler 技術(shù)能在高頻下運(yùn)行，支持高達(dá)每秒 150 兆比特(Mb/s)的數(shù)據(jù)傳輸速度。這一功能借助高效的信號(hào)編碼方法得以實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)被編碼為 1 納秒(ns)脈沖，不僅實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)傳輸，還降低了功耗，每個(gè)通道的功耗通常低于 1 毫安(mA)。此外，iCoupler 器件還集成了輸入短時(shí)脈沖波干擾濾波器，在電磁嘈雜的汽車環(huán)境中，能有效降低噪聲，確保信號(hào)傳輸?shù)募儍舳?，提升整體性能。

高帶寬與快速響應(yīng)

電動(dòng)汽車的工作過(guò)程中，電壓變化迅速且復(fù)雜，需要精確的電壓檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。ADuM3195WBRQZ 隔離放大器憑借 210 kHz 的高帶寬，可實(shí)現(xiàn)低于 5 μs 的響應(yīng)時(shí)間，這對(duì)于逆變器的精確控制意義重大。一方面，能確保電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，避免因電壓控制不當(dāng)產(chǎn)生的抖動(dòng)和效率降低;另一方面，有助于最小化電壓紋波，減少對(duì)電機(jī)和其他電路的干擾，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

高阻抗輸入與低誤差特性

在 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中，ADuM3195WBRQZ 的高阻抗輸入發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它極大地減少了與測(cè)量相關(guān)的功率損耗，保障了轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，該隔離放大器的低失調(diào)誤差和低失調(diào)漂移特性，確保在溫度變化時(shí)，也能為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供準(zhǔn)確的電壓反饋。在處理各種輸出電壓時(shí)，這種準(zhǔn)確度能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，有效減少紋波，提升傳動(dòng)系統(tǒng)性能。此外，在充電過(guò)程中，其快速響應(yīng)特性有助于實(shí)現(xiàn)高效充電，提高充電速度，縮短充電時(shí)間。

耐高溫與高隔離電壓

車載充電器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，ADuM3195WBRQZ 耐高溫的特性使其可放置在車載充電器附近，用于精確監(jiān)測(cè)電壓。這不僅有助于防止熱失控，有效管理熱循環(huán)，還能避免電力電子器件出現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)，保障車載充電器安全、穩(wěn)定運(yùn)行。并且，其 3,000 VRMS 的隔離電壓，能可靠保護(hù)低壓電子設(shè)備和用戶免受高壓系統(tǒng)(高達(dá) 400 V)的影響，在功率級(jí)和控制電路之間提供有效的噪聲抑制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與低壓系統(tǒng)(12/48 V)的連接。

實(shí)際應(yīng)用案例與效果

以某評(píng)估板為例，它具備高電壓隔離和測(cè)量功能，可安全測(cè)量高達(dá) 1,000 V 的高直流電壓，這與 EV/HEV 電池系統(tǒng)緊密相關(guān)。開(kāi)發(fā)人員能借助它監(jiān)控電池組電壓、測(cè)量電池管理系統(tǒng)(BMS)中的單電池電壓，并與高壓直流母線連接。其輸入分壓器可靈活調(diào)整，以適應(yīng) EV/HEV 中常見(jiàn)的不同電壓范圍。此外，只需稍加改動(dòng)，該電路板就能測(cè)量交流電壓，這在電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器的輸出監(jiān)控、交流充電系統(tǒng)測(cè)量以及高壓線路電磁干擾(EMI)/ 噪聲分析等方面大有用處。并且，為降低功耗，當(dāng)用電需謹(jǐn)慎時(shí)，電源禁用(PDIS)輸入功能可方便地禁用內(nèi)部電源。

綜上所述，EV 和 HEV 設(shè)計(jì)人員在實(shí)現(xiàn)性能和能效目標(biāo)的過(guò)程中，需要在各種子系統(tǒng)中進(jìn)行精確檢測(cè)?；谖⑿妥儔浩鞯母綦x放大器，如通過(guò) AEC - Q100 認(rèn)證的 ADuM3195WBRQZ，憑借其性能、微型化和長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)，能夠出色滿足關(guān)鍵設(shè)計(jì)要求，為電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力，推動(dòng)其朝著更高效、更安全的方向大步邁進(jìn)。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，隔離放大器在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有望發(fā)揮更為重要的作用，助力解決更多復(fù)雜的工程挑戰(zhàn)。