如何保護(hù)汽車(chē)電池系統(tǒng)免于瞬變、短路和其他故障影響？

　　ACPL-K49T是一個(gè)包含LED發(fā)射器、隔離屏障、光二極管接收器以及一個(gè)晶體管放大器，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的單通道光電耦合器，請(qǐng)參考圖3左方，這個(gè)器件可以處理高達(dá)20Kbits/s的數(shù)據(jù)率，提供VCM=1，500V時(shí)30kV/μs的高共模抑制（CMR， Common Mode Rejection）能力以及最低4mA的低LED驅(qū)動(dòng)電流，相反地，ACPL-M72T則具有更為復(fù)雜的接收器側(cè)結(jié)構(gòu)，將光二極管耦合到跨阻放大器以及一個(gè)電壓比較器的輸出驅(qū)動(dòng)電路以便可以更好的處理SPI總線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)，請(qǐng)參考圖3中間，這個(gè)光電耦合器可以高達(dá)10Mbits/s的數(shù)據(jù)率工作，傳播延遲最大為100ns，并且耗電流也僅為4mA。
要對(duì)電壓敏感線(xiàn)路進(jìn)行隔離處理以保護(hù)微控制器不受瞬變或噪聲影響，可以使用如ACPL-782T等模擬光電耦合器感應(yīng)電池陣列的模擬電壓，并把結(jié)果送到電池管理系統(tǒng)的微控制器，如圖3右方。接著微控制器將它與所有電池電壓?jiǎn)卧碾妷嚎偤媳容^，進(jìn)行系統(tǒng)是否正常運(yùn)作的診斷，并在必要時(shí)送出警告信息給汽車(chē)中其他子系統(tǒng)來(lái)警告操作者發(fā)生了問(wèn)題，另外，微控制器也可以送出反饋控制信號(hào)到電池陣列的充電電路，調(diào)整充電參數(shù)或在檢測(cè)出嚴(yán)重故障時(shí)關(guān)閉充電系統(tǒng)。

　　在典型的實(shí)現(xiàn)上，分布在一系列串接電阻上的電池電壓會(huì)通過(guò)如圖1中ACPL-782T的一個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行感應(yīng)，并于ACPL-782T光電隔離屏障的另一側(cè)產(chǎn)生差分輸出電壓，這個(gè)差分輸出電壓正比于電機(jī)電流，因此可以被轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，由于在現(xiàn)代的開(kāi)關(guān)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中共模電壓會(huì)在數(shù)十納秒內(nèi)出現(xiàn)數(shù)百伏特的變動(dòng)，因此ACPL-782T在設(shè)計(jì)上可以忽略極高的共模瞬變電壓變化率，最低為10kV/μs，ACPL-782T隔離放大器的高共模抑制（CMR）能力提供了在高噪電機(jī)控制環(huán)境中精確監(jiān)測(cè)電機(jī)電流和直流電壓所需的精確度和穩(wěn)定度，為各種不同形式的電機(jī)控制應(yīng)用帶來(lái)更平穩(wěn)的控制。

　　圖3 SPI接口使用了兩種不同形式的光電耦合器

　　左方的ACPL-K49T是一個(gè)低速器件，可以簡(jiǎn)單處理片選信號(hào)，中間的ACPL-M72T則是一個(gè)帶有跨阻放大器和輸出驅(qū)動(dòng)電路以處理更高信號(hào)速度，如時(shí)鐘、串行數(shù)據(jù)輸入以及串行數(shù)據(jù)輸出的較高速光電耦合器，右方的ACPL-782T顯示差分電壓和電流感應(yīng)能力使得這個(gè)器件成為電池和電機(jī)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的良好選擇。

　　當(dāng)數(shù)據(jù)送到電池管理系統(tǒng)的微控制器時(shí)，微控制器會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，接著通過(guò)CAN總線(xiàn)將控制信號(hào)送到充電管理系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、儀表盤(pán)以及其它汽車(chē)子系統(tǒng)，依微控制器選擇的不同，CAN控制器可以和微控制器集成到相同芯片上，也可采用獨(dú)立的芯片，在大多數(shù)系統(tǒng)中，CAN控制器為獨(dú)立芯片，原因是這樣做可在微控制器和CAN控制器間加入隔離而非在CAN總線(xiàn)本身，請(qǐng)參考圖4，在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，CAN總線(xiàn)可以最高速度工作，不會(huì)受到光電隔離器的限制。

　　圖4：微控制器和CAN總線(xiàn)控制器間的5個(gè)信號(hào)線(xiàn)經(jīng)過(guò)光電隔離以避免噪聲、瞬變和高電壓脈沖影響信號(hào)完整性或破壞低電壓電路。

　　在這樣的設(shè)計(jì)下微控制器上就形成了雙重隔離，輸入側(cè)有SPI總線(xiàn)上的光電耦合器，輸出側(cè)則有微控制器輸入輸出引腳和CAN控制器輸入間的光電耦合器。圖4中的子系統(tǒng)顯示共有5個(gè)光電耦合器提供對(duì)CAN控制器的隔離，其中3個(gè)為低速光電耦合器如ACPL-K49T，它也被使用在電池管理系統(tǒng)控制器和微控制器間的片選信號(hào)線(xiàn)，CAN子系統(tǒng)中其他2個(gè)光電耦合器則被使用于微控制器和CAN控制芯片間的數(shù)據(jù)傳送和接收，這些光電耦合器必須能夠處理高了許多的數(shù)據(jù)率，通常大約為500kbits/s，因此ACPL-M72T和相似的光電耦合器就成為這個(gè)隔離需求的適當(dāng)選擇。