数位隔离器克服高温隔离设计

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随著48-V系统混合动力汽车在汽车业界日益普及，车内网路讯号隔离需求更显重要，若无法有效且可靠地保护低电压线路，使用较高电压的优势将大打折扣。

      但光是在48-V车辆的高电压活动裡隔离讯号还不足够，因为混合动力汽车与纯电动车不同，除了电池系统外，亦设有传统内燃引擎，可产生摄氏125度以上的高温，为了在如此环境中稳定运作，车载系统及其元件必须能承受高温，「汽车电子协会(AEC)」亦为此制定「封装晶片故障机制压力测试规格（ (AEC)-Q100）」。

混合动力汽车／电动车系统温度高达摄氏150度也无须担心

ISO7741E-Q1为业界首创的AEC-Q100 Grade-0 数位隔离器，可节省车载设计所需时间、成本和空间，因应週边运作温度可达摄氏125度以上。
何谓 AEC-Q100标准？

       AEC-Q100标准明确列出车载系统晶片稳定运作必须符合的规格。由于车载系统内的温度波动变化，AEC-Q100标准的重要规格便为晶片週边运作温度范围，AEC-Q100依据不同温度等级，制订合格车载晶片的运作温度范围，如表一所示。

表一：AEC-Q100定义的车载等级

      AEC-Q100定义的温度范围中，Grade-0 涵盖最广，通常是为48-V混合动力车等高温系统设计，由于使用内燃引擎，车辆温度将可能超过摄氏125度。然而电动车无内燃引擎，週边运作温度大多不会超过摄氏125度，故 Grade-1 额定装置便已足够。

以 Grade-0 数位隔离器保护低电压线路

       从以下几种用途中，可说明在隔离车内网路讯号时，尤其是使用 Grade-0 数位隔离器的优点，数位隔离器常用于不同电压领域之间（如48-V和12-V），以保护低电压侧的线路，并降低高电压共模杂讯对低电压侧讯号的衝击。若需瞭解如何在混合动力车／电动车内隔离CAN FD通讯，请见「符合混合动力车／电动车隔离CAN系统内的CAN FD时脉需求」应用笔记。

       图一当中的启动器／发电机，若使用ISO7741E-Q1等 Grade-0 位隔离器，可降低设计複杂度，同时在高温环境中提升讯号保护，在启动器／发电机、数位隔离器，以及TCAN1044EV-Q1等 Grade-0 控制区域网络弹性资料率（CAN FD）收发器中，可从系统的48-V侧传输资料至12-V侧，48-V电子系统位置邻近内燃引擎，故48-V系统温度上升时，会影响到48-V侧与12-V侧之间介面边缘的隔离器。依据各家车厂不同，在不同任务或运作温度情况下，系统温度可能在瞬间突破摄氏125度，甚至达到摄氏150度。

图一：数位隔离器保护48-V启动器／发电机系统的低电压侧

        其他应用也可能因数位隔离器温度等级较高而受益，如48-V混合动力汽车的水泵浦、冷却风扇、煤烟感测器、牵引逆变器等。多数系统使用数位隔离器，搭配收发器（大多为CAN、CAN FD或区域互联网路 [LIN] 通讯协定）做为通讯介面。图二为暖通空调（HVAC）压缩器模组，使用隔离器做为通讯，从高电压侧的MCU传输至低电压侧的通讯介面板。

图二：数位隔离器保护48-V HVAC压缩器模组的低电压侧

        若数位隔离器所在温度超过运作上限，可能导致系统时脉规格下滑，或隔离器停止而无通讯。两种情况都不利于启动器／发动机等重要系统；为确保通讯持续不断，一般是使用液体或空气冷却系统减少热能，让晶片温度低于运作上限，但若设计空气冷却系统，会导致冷却系统设计成本、空间和重量等增加，如果晶片可承受较高的週边运作温度，便能减少冷却系统负担，不仅较简单，也更符合成本效益。

      ISO7741-Q1等多数合格的车载数位隔离器，均符合摄氏负40度至摄氏125度的 Grade-1 温度范围要求，也适合许多车载应用。但在本文所举例的高温系统等用途中，ISO7741E-Q1 Grade-0 装置可协助混合动力汽车／电动车设计师，提供替代性的数位隔离解决方案，可缩短物料清单和产品上市所需时间，且无需牺牲系统效能。