解决高压系统设计难题，TI全新隔离固态继电器发布

隔离设计一直是半导体器件设计中举足轻重的一环，尤其是在电源管理相关设计中，隔离是在实现信号或电源交换的同时用于提供保护功能的屏障，对于高压系统的安全可靠运行至关重要。电源管理的集成度越来越高，需要实现的隔离、保护功能也越来越多，可以说出色的隔离技术应用已经成为电源管理相当重要的好坏因素。

凭借在为高压系统开发新的隔离制造技术和集成电路方面二十余年的经验，德州仪器（TI）在2022年5月10日推出了新的固态继电器产品系列，包括符合汽车标准的隔离驱动器和开关——具有集成10V栅极电源的TPSI3050-Q1隔离式开关驱动器以及TPSI2140-Q1 1400V、50mA隔离式开关，旨在通过与众不同的设计，利用高电压隔离实现强大而可靠的系统运行。新产品的面世有助于提高电动汽车的安全性，同时满足新一代汽车和工业系统对于超高电压、抗扰性以及性能方面的要求。

（图源：TI）

汽车与工业系统面临新的隔离挑战

对于新一代的汽车系统来说，新一代电动汽车从400V电池系统过渡到800V电池系统是一个大系统工程。自去年开始，海内外众多车企都在布局800V平台，但800V高压平台的落地并不是那么容易，其中涉及从系统部件，到整车，以及基础设施的整体配合变革，上至半导体元器件、电池模组安全性提升，下至车、桩、充电网络的联动升级。从隔离技术的角度来看，其中的挑战在于如何通过隔离来实现敏感电子元器件与快速瞬变高压组件（例如电机）之间的安全通信。

对于电网基础设施、机器人和电机控制等高压工业应用来说，电源相关的隔离同样需要实现安全地与驱动系统中的高侧组件进行通信，在共模瞬态事件器件保持数据完整性。

“高压系统正变得越来越普遍，尤其是随着电动汽车的普及。在 TI，我们非常专注于为系统设计人员寻找解决复杂隔离难题的新方法，例如在行业向 800V 电池过渡时确保车辆可靠和安全运行，同时减小解决方案尺寸和降低成本，”德州仪器（TI）电源开关、接口和照明副总裁兼总经理Troy Coleman说。“通过在隔离技术中集成了更多功能，我们的新型固态继电器使工程师能够减小高压电源的尺寸并降低其成本和复杂性，同时保障下一代汽车和工业系统的安全性。”

TI全新固态继电器如何推进隔离技术的发展？

从低压信号安全地控制高压系统（如隔离电阻监测中的情况）的能力是开发许多汽车系统所必需的。尽管机电式继电器和接触器技术多年来有所改进，但对于设计人员来说，要实现其寿命可靠性和快速开关速度以及低噪声、冲击振动和功耗目标，仍然具有挑战性。

电容式和电感式隔离固态继电器（SSR）具有性能和成本的双重优势，并且适合不同级别的隔离（无论是基础型还是增强型）。TI全新的固态继电器产品系列在单一芯片中集成了电源和信号传输，有助于工程师在设计中省去组件，并缩小解决方案尺寸和降低成本。因为不会随着时间的推移而出现机械性能变差的情况，其寿命可靠性是传统EMR的10倍。TI的固态继电器产品系列通过集成电源和信号隔离淘汰移动器件实现了更高的系统可靠性。

（图源：TI）

本次新发布的固态继电器将电源和信号传输集成在单一芯片中，同时还从其设计中消除了至少三个元器件，从而显著减小了解决方案尺寸，同时将BOM成本降低了多达50%。与机械继电器解决方案相比，TPSI3050-Q1通过集成隔离电源、数字隔离器和栅极驱动器的功能，可将解决方案尺寸缩小多达90%。与传统固态光继电器解决方案相比，TPSI2140-Q1通过集成信号FET和电阻器并消除了对舌簧继电器的需求，可将解决方案尺寸减小多达50%。

（现有开关解决方案比较，来源：TI）

新型固态继电器可以在几微秒内通过单个隔离栅断开和连接负载（机电继电器需要数毫秒），从而实现高压汽车系统的更安全运行。TPSI3050-Q1提供高达5kVRMS的增强型隔离，TPSI2140-Q1提供高达3.75kVRMS的基础型隔离，使其能够实现比固态光继电器高四倍以上的时间相关电介质击穿可靠性。两款新品都通过集成隔离技术实现了更高的系统可靠性。

写在最后

用更低的成本，更小的尺寸来实现更可靠的安全性，更高的介电强度、更强大的性能，TPSI3050-Q1隔离式开关驱动器以及TPSI2140-Q1隔离式开关为汽车应用以及工业应用提供了这个可能。