雖然電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）技術(shù)仍然處于一個漸進的發(fā)展階段,，但是對于烴類燃料的長期供應和對環(huán)境問題的關(guān)注,，成為新興汽車市場加快創(chuàng)新步伐的動力。EV/HEV承諾更高效率,、降低排放,，并提供與烴動力汽車相當?shù)膬r格和性能。為了與現(xiàn)有汽車競爭,，用于EV/HEV的電池必須具有非常高的能量存儲密度,、接近零的泄漏電流和幾分鐘（而不是幾小時）內(nèi)完成充電的能力。此外,，電池管理和相關(guān)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必須具有最小的尺寸,、重量以及電流消耗，同時為電動馬達提供大量高效能量,。

　　現(xiàn)代EV/HEV設(shè)計在傳動系統(tǒng)和能量存儲/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中采用模塊化組件,。EV/HEV電池管理系統(tǒng)通常包括五個主要電路部件：

　　* 車載充電器：能量存儲由400~450V鋰離子電池提供，此電池依靠車載充電器充電,；車載充電器由具有功率因數(shù)校正（PFC）的AC/DC變換器組成,，并由電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)視。該充電器可適應各種外部充電電源,，范圍從單相交流110V到三相交流380V.

　　* 電池管理系統(tǒng)：電池單元由BMS監(jiān)控和管理,，以確保高效率和安全性。BMS監(jiān)控各個電池單元的充電,、狀態(tài),、放電深度和調(diào)節(jié)度。

　　* DC/DC變換器：DC/DC變換器連接高壓電池到內(nèi)部12V DC網(wǎng)絡(luò),，同時為車內(nèi)配件提供電能,，以及為本地開關(guān)變換器提供偏置電壓。該變換器通常是可逆的,，電能可以流入或流出電池,。

　　* 輔助逆變器：現(xiàn)代汽車利用皮帶來驅(qū)動引擎配件，例如空調(diào)和動力轉(zhuǎn)向泵,。EV/HEV需要輔助逆變器生成所需的電能去驅(qū)動這些配件,。

　　* 主逆變器：主逆變器驅(qū)動電動機，也用于再生制動，把未使用的電能回存到電池,。

　　圖1:EV/HEV主要電子部件安裝位置。

　　電流隔離

　　模塊化的EV/HEV電路部件具有固定的和浮動的地,，在模塊,、本地（可能是致命的）電池和供電電壓之間有不同的電壓。鑒于這些情況,，在電動和混合動力汽車設(shè)計中,，電流隔離極為必要。

　　什么是電流隔離,，他在電氣系統(tǒng)設(shè)計中扮演什么樣的角色,？電流隔離把電氣系統(tǒng)的不同功能區(qū)分隔開，以阻止功能區(qū)間的電流流動,，同時允許能量或信息在功能區(qū)間進行交換。圖2A使用簡單的隔離型數(shù)據(jù)交換示例來說明這個概念,，數(shù)據(jù)在電路A和電路B之間交換,。專用的偏壓電源VDD1和VDD2在隔離器兩側(cè)，分別提供5V電源,。5V地參考脈沖序列從電路A輸入端輸入,，然后被如實的傳輸?shù)礁綦x器的輸出端，在傳輸期間任意時間內(nèi)沒有電流流過GND1和GND2之間,。換言之,，GND1和GND2之間的阻抗有效形成了開路狀態(tài)，而且數(shù)據(jù)按照電流隔離定義的形式成功的在兩個絕緣電路間進行傳輸,。

　　隔離為EV/HEV設(shè)計提供三個重要的電路功能：安全隔離,、電壓電平轉(zhuǎn)換和地噪音抑制。安全隔離保護電氣系統(tǒng)和人員免受致命高壓造成的傷害,。圖2B顯示安全隔離,、電平轉(zhuǎn)換和電平傳輸示例。如圖所示,，電路A具有1,000V的懸浮共模電壓,，0~25V數(shù)字輸入信號跨越隔離柵傳輸?shù)诫娐稡.因為電路B由5V地參考供電，隔離器把1,000V共模電壓電平轉(zhuǎn)換到GND2電平（0V）,。示例顯示已提供安全隔離,，因為1,000V輸入側(cè)共模電壓由電平轉(zhuǎn)換到0V輸出。需要注意的是25V輸入信號在隔離器的輸出側(cè)轉(zhuǎn)換成VDD2（5V）電壓電平,。

　　圖2A:基本的隔離示例。

　　圖2B:共模電壓示例。

　　圖2C:低噪聲抑制示例,。

圖2C顯示隔離如何減少或完全消除地噪聲,。如圖上側(cè)所示，5V信號源在一條長長的高寄生電感PCB導線上傳輸信號,，導致地噪聲干擾,。如圖下側(cè)所示，添加的隔離器大大縮短本地有效接地長度,，從而抑制地噪聲,。

　　數(shù)字隔離器的各種好處能夠通過不同的組合方式使用，使EV/HEV電氣系統(tǒng)更加安全可靠,。圖3中主逆變器模塊圖顯示隔離器的使用位置,。隔離在高壓電動機驅(qū)動和相電流及電壓測量電路中的電壓控制器之間，提供了安全隔離,、電平轉(zhuǎn)換和電壓傳輸,。同樣的，隔離驅(qū)動器在驅(qū)動器和高壓電動驅(qū)動電路之間也提供類似功能,。隔離的DC/DC變換器在反饋環(huán)路中使用線性安全隔離,，確保電源主級側(cè)和次級側(cè)間沒有電流流動，消除了高壓擊穿的可能性,，并解決漏電到低壓電路的問題,。最后，傳感器之間使用線性或數(shù)字隔離器,，以確保安全性,、電平轉(zhuǎn)換、電壓傳輸,，并且消除可能的地環(huán)路噪聲,。

圖3:主逆變器中的隔離。

　　EV/HEV中的開關(guān)電源

　　開關(guān)模式功率變換器是EV/HEV系統(tǒng)的重要組成部分,，其廣泛用于主要和輔助逆變器,、12V網(wǎng)絡(luò)DC/DC變換器和電池充電器。以上變換器可以轉(zhuǎn)換電壓和電流,，以滿足供電之裝置的需求,，并使用隔離實現(xiàn)安全性和電平轉(zhuǎn)換。

　　圖4顯示電池充電器內(nèi)部的AC/DC變換器,，其輸入電壓由外部基礎(chǔ)設(shè)施提供,，例如充電站。如圖所示,，充電器的AC輸入直接由輸入整流器和濾波器變換成DC,并經(jīng)過功率因數(shù)校正（PFC）電路調(diào)節(jié),。調(diào)節(jié)后的DC電壓由主級側(cè)開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成脈沖,，并應用到變壓器的主級線圈。變壓器縮放電壓和電流脈沖以滿足充電器的輸出需求,。次級側(cè)電路整流并且濾波高頻脈沖,，再轉(zhuǎn)換成DC.

　　功率控制管理閉環(huán)操作并監(jiān)視傳輸?shù)诫姵刂械碾娏浚钡诫姵爻錆M電為止,。在這個示例中隔離組件可提供幾個重要的功能：變壓器在主級側(cè)和次級側(cè)隔離能量傳輸,；線性隔離器為電流傳感器、高壓檢測和反饋控制信號提供安全的隔離電平轉(zhuǎn)換,；以及數(shù)字隔離器為控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線接口提供安全隔離,。

圖4:DC/DC（12V網(wǎng)絡(luò)）變換器。

　　圖5顯示在簡化的HEV系統(tǒng)中,，隔離器件的位置和使用方法,。HEV提出比EV更困難的技術(shù)挑戰(zhàn)，因為其在傳動系統(tǒng)中添加復雜的小型氣動引擎,，增加了機械傳動系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的復雜性,。需要注意的是圖4中氣動引擎由專用引擎控制模塊（ECM）管理，包括隔離的CAN總線接口,，其使用相關(guān)的低壓HV ECU管理引擎速率,、時序和其他關(guān)鍵參數(shù)。還需要注意的是,，電動機/發(fā)生器（M/G）溫度傳感器為了安全性和電平兼容，對傳感器地和HV ECU地進行隔離,。此外,，主要和輔助逆變器、充電器以及12V網(wǎng)絡(luò)DC/DC變換器,，他們都與另一個不同地電平或存在高壓的裝置進行了有效隔離,。

圖5:簡化的HEV電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　增強系統(tǒng)集成度

　　EV/HEV設(shè)計要求持續(xù)不斷的減少汽車重量,、改善電池技術(shù)和提高能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能力,。這些進步又促進開關(guān)模式電源拓撲結(jié)構(gòu)和大規(guī)模系統(tǒng)級IC的創(chuàng)新。雖然現(xiàn)代CMOS隔離裝置提供了增強性能,，但是數(shù)字隔離器的最大好處在于,，能夠與其他功能相結(jié)合，形成單芯片隔離系統(tǒng),。

　　隔離器件在EV/HEV應用中無處不在,，并且與汽車和操作人員的安全息息相關(guān)。此類器件能提供安全隔離,、無縫電平轉(zhuǎn)換,，并且消除地噪聲,，從而大大增強汽車的性能和可靠性。