内部存在电池办理、空谐和牵引逆变器等各种子体系，作业条件纷歧，对功率器材及其驱动要求不尽相同。一起，有交/直流之分，充电功率/速度也不相同。这些不同的子体系和电源体系都会广泛运用光耦器，来进行阻隔通讯、驱动以及反应。光耦在传统的工业运用中已十分老练，那么在电动轿车/充电桩这些新式运用傍边，又有怎样的开展趋势和新的性能需求呢?
日前，在由Aspencore旗下《EDN电子技能规划》、《EET电子工程专辑》和《ESM世界电子商情》一起举行的Tech Shanghai规划论坛上，博通公司(Broadcom)阻隔产品事业部(前Avago光耦事业部)产品司理陈红雷带来“功用全面的光耦驱动并维护下一代功率器材”议题，从电动轿车和充电桩两个部分探讨了光耦在电动轿车商场的新运用时机。(别的在该论坛上，金雅拓高档产品司理朱志兴和康模数尔(COMSOL)运用工程师施也别离带来了“软件安全授权在轿车电子职业中的运用”和“动力电池研制中的多物理场仿真处理计划”的议题。)
光耦原理及分类
陈红雷介绍说，光耦器材分为三大类：数字光耦、栅极驱动器和阻隔放大器。这三类光耦的基本功用都是供给信号阻隔。数字光耦单纯完成信号阻隔。栅极驱动器在此基础上添加了电流驱动才能，然后可对IGBT和MOSFET(包含最新的SiC和GaN)等功率器材的栅极进行驱动。阻隔放大器用于反应通路，将检测到的电压、电流等信号回来给MCU进行处理。
光耦由LED、阻隔介质和光敏二极管三部分组成，构成发光、传输和感光三个环节。光耦原理简略，但依照爬电间隔、电气空隙和阻隔电压等安规条件区分却是分门别类。
光耦的运用十分广泛，尤其是在电力电子范畴。电动轿车和充电桩等新式产业，为光耦也带来不小的时机。
陈红雷在会后向笔者泄漏，轿车电子中一个趋势是把电子部分和轮毂集成在一起，经过CAN总线或电力线完成直接驱动，这样能够防止物理传动的损耗。这种构件一般很杂乱且高本钱。这样，半导体器材需求耐高温、耐振荡。关于光耦这种硅基半导体资料，仍是有很大应战。博通一类(Grade 1)光耦现在也仅仅到达125℃，因而关于高滚动(也就高温)电机的驱动，需求选用冷却。
博通也在考虑未来是否可能将耐高温资料，比方GaN、SiC等，运用到栅极驱动、电流检测等光耦器材中。别的，发光二极管自身也需求有技能打破，能够耐高温。比方关于光衰特性，其光耦器材都经过了严厉的挑选，规划也考虑了满意的裕量。可是，整个体系温度进一步的上升，对光耦中的LED仍是会有新的应战。博通也在尽力处理中。
电动轿车IGBT需求怎样的光耦?
如下图所示，在电动轿车中，牵引逆变器、CAN总线接口、信号传感、暖通空调(HVAC)和电源办理体系等等部分都会广泛用到光耦器。(右边能够找到相应料号，这些都是Broadcom多年来，依据客户需求所列出。)
陈红雷表明，电动轿车中电池办理、空调体系、牵引逆变器等不同子体系的要求纷歧样，比方空调的作业温度不太高;而牵引逆变器因为在发动机里，耐受温度需求比较高;电池办理在后端，温度也不会太高。因而，像DC/DC充电器一般选用MOSFET作为功率器材，也就选用MOSFET驱动。别的其作业温度也纷歧样，功率容量/驱动电流一般也不太大。而牵引逆变器要求功率大，要有维护和反应等功用，因而驱动就不同。别的，电池办理总线上做电流监控即可，而牵引逆变器就会杂乱一些。
下图是针对车载充电器、DC-DC转化器和逆变器的栅极驱动器类型挑选。“ACPL-32JT是商场承受度比较高的一款产品。别的还有ACPL-33JT。ACPL-3540JT是带发射极电流检测的产品。” 陈红雷介绍。
下图是选用ACPL-32JT的IGBT模块，其间集成了6个通路的IGBT。这个开发板十分细巧。
ACFJ-3540T是应对轿车傍边IGBT等功率器材演化而开发的新器材。某些新IGBT器材在发射极设置了电流分支——与射极电流成份额，用于IGBT电流检测。针对这种新的器材，Broadcom开发了ACFJ-3540T栅极驱动器，能够驱动IGBT栅极并有用监测电流状况。
阻隔放大器用于检测信号并进行反应。Broadcom最新器材是ACPL-C799T和ACPL-C797T这两款产品，能够适用于大电流驱动的商场需求。现在商场上也是呈现精细电阻的需求，需求做阻值小、功率高的规划。而ACPL-C799T能够做成很小的模块式产品，能够直接连接在精细电阻的铜排上;对电流进行采样，并连接到数字滤波器。
数字光耦相对比较简略，运用广泛;将数字信号从原边传到副边。下图是其挑选，依照输入来区分，有100kBd、100kBd-1MBd和1MBd-15MBd。别的是从作业电压来区分;轿车运用相对工业运用来说作业电压较低。
交/直流充电桩利害对等到驱动要求
在充电桩部分，从产业链视点看，便是要把工厂出产的电能传输到用户轿车中贮存并运用。充电桩可简略区分为沟通充电和直流充电两种。沟通充电是经过车载充电器，将沟通变为直流，来给轿车充电。这种充电方法有车载充电器体积约束和充电功率有限(充电时刻长)这两个缺陷。直流充电则是直接用直流对电池充电，它一般以固定方式呈现，因而答应大功率的快速充电。
“充电桩有沟通直流之分，对应轿车则有沟通充和直流充之分，各有利害。沟通充电使用车载AC/DC转化器将沟通转化成直流，给电池充电。直流充电则一般是大功率充电，在车体外有固定的充电器，功率较大、充电功率较高、充电较快。超级充电站则不外乎是更大的功率，可缩短充电时刻。电动轿车开展一来是要延伸续航路程，二来是要优化充电站间隔。
“别的，不管是沟通充电仍是直流充电，电池所能接纳的都是直流电。沟通充电需求轿车具有车载充电器，一来体积/功率容量受约束(充电时刻长)，二来有必要满意车规要求。而直流充电功率就能够十分大(转化在外部)，充电时刻能够大大缩短。可是，其缺陷是充电器不能随车一起跑，只能到有充电桩的当地去充电，而不能随时插到电网上去充电。”陈红雷指出。
关于直流充电，业界已经有一级和二级计划，一起也在研讨三级计划，将轿车电池在5-10分钟内充到80%电量乃至充溢。这样就能使电动轿车能够有满意的路程覆盖率，而进一步推行。
据HIS研讨机构估量，到2020年，电动轿车充电站将会有超越1200万座。
直流快速充电站包含沟通输入、功率因数校对(FPC)电感、DC/DC转化(包含电池对接)等环节。电能转化和传输进程傍边，需求对晶体管的栅极进行电流检测和电压检测并进行信号通讯等等。这些便是光耦的潜在运用。下图右边是光耦选型具体列表。
ACPL-352J是面向电动轿车充电站的较新光耦，适用于IGBT/MOSFET等电压驱动型器材(电流性负载——需求对栅极进行电流充电，到必定电压时才会导通)。
除了驱动IGBT栅极外，ACPL-352J还能完成IGBT栅极检测，因而可对轿车功用安全供给有用信息。
关于SiC MOSFET/GaN器材，它们的驱动特性不同，比方作业电压、开关速度等等纷歧样。一起，关于这些新的功率器材，Broadcom也开发出了针对性的参阅规划。
这些年来，Broadcom/Avago的光耦器材也在继续不断的演进傍边(包含驱动电流、驱动速度和信号推迟等方面都在不断改进，以及功用安全等新功用的添加)。
ASSR-601J可用于轿车电池或充电桩的漏电检测，相当于固态继电器的特性，但能够耐高压，因而相关于传统继电器能够供给更高的可靠性。
关于上述各种光耦，Broadcom都供给了相应的开发板。
别的，陈红雷告知笔者，GaN、SiC等新功率器材的长处是，可容许更高的开关频率，结温耐受高。因而对应于光耦器材的要求，即作业频率要快，驱动电流要大。别的，它们之间的作业电压和维护特性(如欠压确定、退饱满)等也纷歧样。因而需求挑选不同的光耦器材来驱动。
光耦中的应战，一是高集成度(通道数;受绝缘要求约束)，二是LED上的打破(开发活化层鄙人、向下发光的LED，然后减小体积)。
最终，他着重，相对微型变压器或电容来说，光耦尽管随寿数有光衰，但在做规划时都留有了裕量(有几十年运用寿数)，这个问题彻底不必忧虑。
