僅需幾微秒，TI新型固態(tài)繼電器挑戰(zhàn)斷開/連接新速度

在需要確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)健、可靠的場(chǎng)合都需要隔離，尤其是高壓環(huán)境中。而為何我們需要高壓呢？這是因?yàn)楦邏菏墙?jīng)濟(jì)高效地輸電的基礎(chǔ)。

以電動(dòng)汽車為例，高壓電池組能夠讓牽引逆變器、傳動(dòng)系和其他電子器件運(yùn)行，并產(chǎn)生啟動(dòng)汽車所需的電能，所以是電動(dòng)汽車的一項(xiàng)基本賦能技術(shù)。目前看來，電動(dòng)汽車充電電壓從400V到800V的過渡是非常明確的一個(gè)市場(chǎng)趨勢(shì)。這是因?yàn)榻裉斓碾妱?dòng)汽車正面臨兩大痛點(diǎn)：行駛里程和充電速度。為了增加行駛里程，人們選擇增加電池容量；為了加快充電速度，人們需要加大功率。而加大功率有兩種途徑，要么提升電流，要么提升電壓，而提升電流方案下的散熱管理已經(jīng)拉到極限，接下來就需要通過提升電壓來加快充電速度。

對(duì)于汽車系統(tǒng)來講，當(dāng)電池電壓提高到800V時(shí)，勢(shì)必會(huì)帶來更嚴(yán)峻的安全性挑戰(zhàn)。如何更好地將高壓域與低壓域相隔離，成為行業(yè)性挑戰(zhàn)。

 
圖 | TI 在過去近 25 年時(shí)間里深耕隔離領(lǐng)域的創(chuàng)新

為此，TI在其二十余年開發(fā)隔離系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，最新推出了新的固態(tài)繼電器產(chǎn)品系列，包括符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的具有集成 10V 柵極電源的TPSI3050-Q1隔離式開關(guān)驅(qū)動(dòng)器以及 TPSI2140-Q1 1400V、50mA 隔離式開關(guān)（目前，已發(fā)售預(yù)量產(chǎn)版本，千片起售。工程師可通過TPSI3050Q1EVM和TPSI2140Q1EVM評(píng)估模塊評(píng)估這些產(chǎn)品）。

 
圖 | TI推出新的固態(tài)繼電器產(chǎn)品系列TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1

該系列產(chǎn)品不僅可以在電動(dòng)汽車行業(yè)向800V電池過渡時(shí)確保車輛可靠和安全運(yùn)行，同時(shí)還能減小解決方案尺寸和降低成本。

德州儀器 (TI) 電源開關(guān)、接口和照明副總裁兼總經(jīng)理 Troy Coleman 說。“通過在隔離技術(shù)中集成了更多功能，我們的新型固態(tài)繼電器使工程師能夠減小高壓電源的尺寸并降低其成本和復(fù)雜性，同時(shí)保障下一代汽車和工業(yè)系統(tǒng)的安全性。”

下面針對(duì)這三大優(yōu)勢(shì)方向展開說明一下：

優(yōu)勢(shì)一：通過集成隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)可靠性

新型固態(tài)繼電器可以在幾微秒內(nèi)通過單個(gè)隔離柵斷開和連接負(fù)載（而機(jī)電繼電器則需要數(shù)毫秒），從而實(shí)現(xiàn)高壓汽車系統(tǒng)的更安全運(yùn)行。TPSI3050-Q1提供高達(dá)5kVRMS的增強(qiáng)型隔離，其工作壽命也比機(jī)電繼電器高10倍，機(jī)電繼電器的性能也會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化。此外，TPSI2140-Q1提供高達(dá)3.75kVRMS的基礎(chǔ)型隔離，使其能夠?qū)崿F(xiàn)比固態(tài)光繼電器高四倍以上的時(shí)間相關(guān)電介質(zhì)擊穿可靠性。 

優(yōu)勢(shì)二：借助集成電源和信號(hào)隔離減小系統(tǒng)尺寸和降低系統(tǒng)成本

固態(tài)繼電器將電源和信號(hào)傳輸集成在單一芯片中，同時(shí)還從其設(shè)計(jì)中消除了至少三個(gè)元器件，從而顯著減小了解決方案尺寸，同時(shí)將BOM成本降低了多達(dá)50%。與機(jī)械繼電器解決方案相比，TPSI3050-Q1通過集成隔離電源、數(shù)字隔離器和柵極驅(qū)動(dòng)器的功能，可將解決方案尺寸縮小多達(dá)90%。與傳統(tǒng)固態(tài)光繼電器解決方案相比，TPSI2140-Q1通過集成信號(hào) FET 和電阻器并消除了對(duì)舌簧繼電器的需求，可將解決方案尺寸減小多達(dá)50%。

優(yōu)勢(shì)三：提高800V電池管理系統(tǒng)的安全性

TPSI2140-Q1專為高壓測(cè)量和絕緣監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)，可與 BQ79631-Q1等電池組監(jiān)測(cè)器配合使用，可比固態(tài)光繼電器更快、更準(zhǔn)確地檢測(cè) 800V 電池管理系統(tǒng)中的絕緣故障。TPSI2140-Q1支持使用小于1MΩ的電阻器，并且承受的雪崩電流比傳統(tǒng)光繼電器多300%，有助于實(shí)現(xiàn)更安全的人機(jī)交互。

值得一提的是，固態(tài)繼電器是TI用于隔離信號(hào)和/或電源的產(chǎn)品系列的新成員。其他隔離產(chǎn)品還包括 UCC14240-Q1隔離式直流/直流偏置電源模塊、AMC23C12增強(qiáng)型隔離比較器等。