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使用AEC-Q100 Grade-0数字隔离器克服高温隔离设计挑战

日期：2020/8/1 16:54:41 作者：

随着48V系统混合动力汽车在汽车业界日益普及，车内网络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48V车辆的高电压活动里隔离讯号还不足够，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，车载系统及其组件必须能承受高温，汽车电子协会（AEC）亦为此制定封装芯片故障机制压力测试规格（AEC-Q100）。

ISO7741E-Q1为业界首创的AEC-Q100 Grade-0数字隔离器，可节省车载设计所需时间、成本和空间，因应外围运作温度可达摄氏125度以上。

AEC-Q100标准明确列出车载系统芯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芯片外围运作温度范围，AEC-Q100依据不同温度等级，制订合格车载芯片的运作温度范围。

AEC-Q100定义的温度范围中，Grade-0涵盖最广，通常是为48V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，外围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。

从以下几种用途中，可说明在隔离车内网络讯号时，尤其是使用Grade-0数字隔离器的优点，数字隔离器常用于不同电压领域之间（如48V和12V），以保护低电压侧的线路，并降低高电压共模噪声对低电压侧讯号的冲击。

当中的启动器／发电机，若使用ISO7741E-Q1等Grade-0位隔离器，可降低设计复杂度，同时在高温环境中提升讯号保护，在启动器／发电机、数字隔离器，以及TCAN1044EV-Q1等Grade-0控制区域网络弹性数据率（CAN FD）收发器中，可从系统的48V侧传输数据至12V侧，48V电子系统位置邻近内燃引擎，故48V系统温度上升时，会影响到48V侧与12V侧之间接口边缘的隔离器。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。

其他应用也可能因数字隔离器温度等级较高而受益，如48V混合动力汽车的水泵浦、冷却风扇、煤烟传感器、牵引逆变器等。多数系统使用数字隔离器，搭配收发器（大多为CAN、CAN FD或区域互联网络 [LIN]通讯协议）做为通讯接口。暖通空调（HVAC）压缩器模块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接口板。

若数字隔离器所在温度超过运作上限，可能导致系统频率规格下滑，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，让芯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，如果芯片可承受较高的外围运作温度，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字隔离器，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，提供替代性的数字隔离解决方案，可缩短物料列表和产品上市所需时间，且无需牺牲系统效能。

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