高速数字隔离应用新能源汽车数据总线

传统的燃油车都是采用发电机给车载用电器供电，最大输出电压为24V或者12V，各个用电器例如仪表盘，空调，车灯等均是从发电机里取电经过降压而来，但是在新能源汽车里面这些电都来自于高压动力电池组经过DC-DC变换而来。

图1：新能源汽车架构

高压动力电池DC 400V左右的高压经过DC-DC变成DC 14V的低压给车上各种用电器提供电能，这样一来高压和低压同时存在在一个系统中，要保证高压对低压器件不会产生影响，必须要在隔离上做好设计，如图2所示的CAN bus的隔离框图：

图2：CAN bus的隔离

跟工业应用比较，汽车的隔离要求更高，复杂的路况，高速运行时的磁噪声，都对系统产生极大的干扰，因此汽车级认证也相对苛刻，除了基本的温度要求以外还有很多安全认证和隔离等级认证。新能源汽车总线分布控制策略依然沿用燃料车方式，ECU集中控制，CAN总线节点管理，而在这套控制系统中不允许出现错误，因为这些直接关系到车辆行车安全以及各个部件是否正常运行。

除了节点和节点之间采用CAN总线以外，还有MCU和传感器的底层数据交换采用SPI总线，PWM，SENT或者模拟信号，这些都需要采取隔离才能保证准确可靠，如图3所示的SPI总线的隔离框图：

图3：SPI总线的隔离

以上是采用传统的分立的高速光耦器件来解决隔离问题。为了解决光耦隔离器件固有的LED光衰寿命问题以及多通道集成问题，Silicon Labs推出了COMS工艺的高速/支持多通道的数字隔离器。VCM=1500V时拥有高达50Kv/us的共模抑制能力，最小传播延迟时间低至8ns（Si86xx系列），远高于传统的光耦器件。并且通过全球范围的内的汽车级认证包括AEC-Q100一级认证，兼容5V的CMOS供电，最大隔离电压6000V，非常适合用在CAN总线，A/D和D/A的信号隔离上。其中，Si86xx系列全温度范围-40~125℃，寿命高达60年，支持4通道集成，单芯片即可完整的支持SPI总线隔离有效地减少PCB占板面积降低整体使用成本。

4通道Si864x引脚图如下，其中Si8641三路输入一路输出非常适合四线控制的SPI接口使用。

图4：Si864xx引脚图

Si86xx应用电路如图5所示，与传统光耦的LED输入端不同，在输入输出两侧都需要进行供电。

图5：Si86xx典型的应用电路