TI 固态继电器首发 推动工业及汽车应中隔离技术发展

隔离在电力系统传输中的作用至关重要，与低 EMI、功率密度、低 IQ 、低噪声和高精度并驱被认为是电源管理中的最大挑战。隔离技术可以阻断高低压电路，保证电子设备和人身安全。无论是工业自动化、楼宇自动化、智能电网、医疗设备还是汽车应用，凡确保系统稳健可靠运行均离不开隔离器件。以汽车为类，随着新一代电动汽车从 400V 电池系统过渡到800V 电池系统，需要通过隔离来实现敏感电子元器件与快速瞬变高压组件之间的安全通信。此外，新一代工业系统也为隔离技术带来了新的挑战。

德州仪器 (TI)在隔离技术领域深耕25年，自2006年发布了业内首款SiO₂电容隔离器起，在后面的二十多年中陆续发布和认证多款千伏级产品及业界多个首款产品，包括业内首款航天级SiO₂数字隔离器、业内首款USB2.0隔离器、业内首款7500V增强型电隔离方案等。在电动汽车飞速发展中，TI 2020年发布出首款面向电动汽车的车规级隔离器件。无论从创新和产能方面该公司都作到了深入的研发和投资。目前，TI 在隔离领域拥有数字隔离器、隔离式ADC、隔离式放大器、隔离式接口 IC、隔离式栅极驱动器、适用于信号隔离器的电源 、隔离式比较器、固态继电器等系列产品。

近日在媒体发布会上TI 电源开关、接口和照明部门副总裁兼总经理Troy Coleman以及德州仪器 (TI) 隔离开关部门Matthew Xiong为大家分享的TI在隔离领域的创新，以及多款解决方案的发布。Troy 表示，这些解决方案利用TI创新的隔离技术为新一代工业及汽车应用在高压和安全关键型应用中实现超高的工作电压和可靠性，同时缩小解决方案尺寸并降低成本。这些不断增加的产品线以更经济、更好的新方式应对隔离挑战。

固态继电器产品系列

通常需要以增加更多的组件来确保电动汽车电池管理系统等隔离高压环境中实现更高的可靠性，如此便会造成车辆尺寸、重量和成本的增加。而TI 全新的固态继电器产品系列在单一芯片中集成了电源和信号传输，与竞品方案相比，尺寸至多可减少90%，成本最多可减少 50%。采用电容和磁隔离技术，可接受来自控制器 IC 的低功耗输入，并为内部或外部电源开关生成合适的高电流栅极驱动。可自行产生次级偏置电源，无需外部隔离式电源。

该系列包含基本型TPSI2140-Q1与增强型隔离开关和驱动器TPSI3050-Q1。据Troy 介绍，TPSI3050-Q1 提供高达5000V的增强隔离，与长期使用易出故障的机电继电器解决方案相比，工作寿命增加10倍，同时避免因时间久而老化。而TPSI2140-Q1 提供3750V基本隔离，帮助电动汽车电池管理系统更快的监测高压电池管理系统的故障并使得车辆达到安全标准。

“隔离技术是确保电动汽车运行的基础，对于汽车制造商和驾驶员而言至关重要，我们的产品可通过单一的隔离屏障，在几微秒内链接和断开负载”Troy 说。

该系列是TI固态继电器第一批产品，均已量产另外TI 还提供了TPSI3050Q1EVM和

TPSI2140Q1EVM评估模块测试。除了汽车应用，TI 将会有更多的固态继电机产品面世，包括高压开关和驱动器，用于工业系统中信号和电源的隔离。

业内首款增强型隔离式比较器

隔离式比较器可针对高电压系统中的过流、过压、过热、欠压和过零检测提供隔离式解决方案保障设备的稳定运行，在电机驱动器、太阳能逆变器以及汽车系统包括电动汽车充电器，牵引逆变器，车载充电器和DC/DC转换中不可或缺。随着大功率工业和汽车应用中对提升系统弹性的需求增加，设计人员需要开发可更有效容错的高压系统。

发布会上TI带来的第二款产品为业内首款增强型隔离式比较器AMC23C12。该产品结合了标准比较器和稳健的电隔离屏障， 实现隔离式双向过流、过压和过热检测。 同时缩小解决方案尺寸和降低成本。

AMC23C12值得可选的四大理由

• 通过集成一个宽输入范围低压降稳压器、一个窗口比较器和一个精密电压基准，将解决方案尺寸缩小50%。

• 在最恶劣情况下跳变阈值精度低于3%，有助于工程师减少设计裕度，支持更小尺寸的无源器件。

• 小于 400ns 的响应时间，提供超快过流和过压检测，从而更好地保护系统。

• 通过单个外部电阻器实现可调跳变阈值，可促进不同设计重复使用。

该产品现在TI.com上预售，此外，工程师还可通过AMC23C12EVM 评估模块测试

此器件的性能。

超小型隔离式直流/直流隔离式偏置电源模块

“工业系统不仅需要隔离，还需要高功率密度和低EMI，工程师需要在小型电源设计中实现更高的功率，从而内部的组件也要变得更小更紧凑，这就对于隔离和EMI造成更大的挑战。我们很高兴开发出突破性的集成变压器技术，在芯片尺寸的实现了高密度隔离式直流/直流电源转换，同时可保持低EMI 和高可靠性。”Troy表示。

其实在2020年首款使用 TI 的集成变压器技术开发的器件UCC12050就已推出，适用于工业运输电网基础设施和医疗设备。2021年发布的UCC14240-Q1是一款超小尺寸，精度超高的 1.5W 隔离式直流/直流偏置电源模块。适用于电动汽车、混合动力电动汽车、电机驱动系统和并网逆变器。使用该器件，设计人员可以提高功率密度，现有解决方案体积最多可减少 80%。

以上提到的TI集成变压器技术，具有极低的初级到次级电容，并针对 EMI性能进行了优化。同时在温度范围内具有业界出色的精度：闭环控制在 -40°C 至 150°C 范围内可实现双输出，精度为±1.0%。 且具有 8mm 爬电距离和间隙的增强型隔离可用于防范接地电势差，并保持稳健性。

最近，TI发布了其带有集成变压器的汽车类 SPI 可编程栅极驱动器和偏置的电源参考设计，内部采用 UCC14240-Q1。适用于牵引逆变器和车载充电器中电源开关的隔离式偏置电源和隔离式栅极驱动器。其特性如下：

●为牵引逆变器中大功率碳化硅开关提供隔离式偏

●置和隔离式驱动提供经过测试的设计

●简化驾驶员高级保护的功能安全认证

●支持在 800V 动力总成中使用高隔离 3kV RMS

●单个 IC 上的 +15V/-5V 完全隔离转换

Troy总结，无论是固态继电器、隔离式比较器、适用于信号隔离器的电源等，TI创新的技术正在以更经济、更好的新方式应对隔离挑战，实现业内超高的工作电压和超高可靠性，帮助延长系统寿命并提供保护。并且利用方案集成的特性，大大简化设计、减小解决方案尺寸并降低成本。最后他强调，从机械继电器过度到固态继电器，帮助系统实现更高的可靠性，更小的尺寸，并且在更高的温度范围，提供更多的开关次数，已成为众多应用中的关键因素。