Texas Instruments TPSI2140-Q1汽車隔離開關(guān)是一款隔離式固態(tài)繼電器 (SSR)，設(shè)計(jì)用于高壓汽車和工業(yè)應(yīng)用。TPSI2140-Q1與TI具有高可靠性的電容隔離技術(shù)和內(nèi)部背對背MOSFET整合在一起，形成了一款完全集成式解決方案，無需次級側(cè)電源。該器件的初級側(cè)僅由需.5mA的輸入電流，使用戶可通過單個(gè)微控制器GPIO驅(qū)動(dòng)VDD和EN引腳，無需在光繼電器解決方案中使用外部低側(cè)開關(guān)。用戶還可以選擇將VDD引腳應(yīng)連接到5V至20V的系統(tǒng)電源，并從GPIO驅(qū)動(dòng)EN引腳。EN引腳具有失效防護(hù)功能，可防止對VDD電源反向供電的任何可能性。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments TPSI2140-Q1汽車隔離開關(guān)數(shù)據(jù)手冊.pdf

次級側(cè)都包含背對背MOSFET，從S1至S2的關(guān)斷電壓為±1.4kV。TPSI2140-Q1 MOSFET的雪崩穩(wěn)健性和熱敏感封裝設(shè)計(jì)使其能夠可靠地支持系統(tǒng)級電介質(zhì)耐壓測試 (HiPot)，并且無需任何外部元件即可承受高達(dá)2mA的直流快速充電器浪涌電流。TPSI2140T-Q1版本的器件配有TI的熱雪崩保護(hù) (TAP) 功能，可支持高達(dá)5mA的雪崩電流。

特性

• 汽車溫度范圍：-40°C至+125°C，符合AEC-Q100 1級標(biāo)準(zhǔn)
• TPSI2140T-Q1版本：集成MOSFET，具有2mA雪崩額定值，高達(dá)5mA
  • 關(guān)態(tài)電壓：1400V
  • RON = 130Ω (TJ = +25°C)
  • T ON ，TOFF <350μs
• 穩(wěn)健的電容隔離柵
  • 在1000V RMS /1414VDC 工作電壓下，預(yù)計(jì)使用壽命為26年
  • 隔離等級，V ISO ，高達(dá)3750V RMS /5300VDC
  • 峰值浪涌V OSM ，高達(dá)6000V
  • CMTI：±100V/ns（典型值）
• TPSI2140T-Q1版本的熱雪崩保護(hù) (TAP)
• 低初級側(cè)電源電流
  • 導(dǎo)通狀態(tài)電流：7.5mA
  • 關(guān)斷狀態(tài)電流：6μA
• SOIC (DWQ-11) 封裝，具有寬引腳，可提高散熱能力
  • ≥8mm一次側(cè)－二次側(cè)爬電距離和間隙
    ≥6mm跨開關(guān)端子爬電距離和間隙
• 安全相關(guān)認(rèn)證
  • DIN VDE V 0884-11:2017-01
  • UL 1577組件認(rèn)證計(jì)劃

規(guī)范

• 隔離等級：3750VRMS
• 內(nèi)部FET
• 單通道
• 電源電壓范圍：4.5V至20V
• 1400V負(fù)載電壓
• 0.05A Imax
• 雪崩電流：2mA
• 700,000ns導(dǎo)通時(shí)間（使能）
• 100,000ns關(guān)斷時(shí)間（禁用）
• 關(guān)斷狀態(tài)漏電流：1μA
• 10.3mm x 7.5mm、11引腳SOIC封裝

應(yīng)用原理圖

框圖

TPSI2140-Q1汽車級隔離開關(guān)技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述與核心特性

TPSI2140-Q1是德州儀器(TI)推出的一款汽車級隔離式固態(tài)繼電器，采用創(chuàng)新的電容隔離技術(shù)，專為電動(dòng)汽車和工業(yè)高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該器件集成了1200V耐壓的背對背MOSFET，無需次級側(cè)供電，為高壓測量和控制系統(tǒng)提供了高度集成的解決方案。

?關(guān)鍵特性?：

• ?高壓隔離能力?：3750Vrms/5300VDC隔離電壓，支持高達(dá)5000V浪涌電壓
• ?集成MOSFET?：內(nèi)置雪崩額定MOSFET，支持2mA/5s和1mA/60s的雪崩電流
• ?超低功耗?：開啟狀態(tài)僅9mA工作電流，關(guān)閉狀態(tài)低至3.5μA
• ?汽車級認(rèn)證?：符合AEC-Q100 Grade 1標(biāo)準(zhǔn)（-40°C至125°C）
• ?功能安全?：支持ISO 26262 ASIL B和IEC 61508 SIL 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、典型應(yīng)用場景

2.1 電池管理系統(tǒng)(BMS)

• 高壓電池組絕緣電阻監(jiān)測
• 電池電壓采樣通道切換
• 預(yù)充電電路控制

2.2 電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)

• 直流快充樁絕緣監(jiān)測
• 充電槍連接狀態(tài)檢測
• 充電機(jī)高壓側(cè)開關(guān)控制

2.3 能源存儲系統(tǒng)(ESS)

• 光伏陣列絕緣監(jiān)測
• 儲能電池組電壓采樣
• 高壓直流接觸器控制

三、電氣特性與性能參數(shù)

3.1 隔離特性

3.2 開關(guān)特性

• ?導(dǎo)通電阻?：130Ω（25°C時(shí)典型值）
• ?開關(guān)時(shí)間?：<700μs（包括導(dǎo)通和關(guān)斷）
• ? 共模瞬態(tài)抗擾度(CMTI) ?：100V/ns典型值

四、引腳配置與功能說明

TPSI2140-Q1采用11引腳SOIC(DWQ)封裝，具有優(yōu)化的熱性能設(shè)計(jì)：

1. ?VDD?（引腳1）：初級側(cè)電源輸入（4.5-20V）
2. ?GND?（引腳2/8）：初級側(cè)接地
3. ?EN?（引腳3）：使能控制輸入（高電平有效）
4. ?S1/S2?（引腳11/9）：高壓開關(guān)端子
5. ?SM?（引腳10）：散熱金屬焊盤（必須連接到PCB地平面）

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與布局指南

5.1 絕緣監(jiān)測電路設(shè)計(jì)

在電池系統(tǒng)絕緣監(jiān)測應(yīng)用中，TPSI2140-Q1可配置為兩種典型架構(gòu)：

1. ?電池負(fù)極參考架構(gòu)?：MCU以電池負(fù)極為參考地
2. ?底盤地參考架構(gòu)?：MCU以車輛底盤為參考地

5.2 耐壓測試(HIPOT)設(shè)計(jì)

器件支持系統(tǒng)級耐壓測試，設(shè)計(jì)時(shí)需注意：

• 串聯(lián)電阻選擇：R ≥ (VHIPOT - VAVA)/IAVA
• 測試時(shí)間限制：5秒測試時(shí)電流≤2mA，60秒測試時(shí)電流≤1mA
• 熱設(shè)計(jì)：確保PCB布局優(yōu)化散熱路徑

5.3 PCB布局建議

1. ?高壓間距?：保持初級側(cè)與次級側(cè)≥8mm爬電距離
2. ?熱管理?：在內(nèi)部層添加金屬平面提升散熱
3. ?EMI優(yōu)化?：可采用層間縫合電容(10-20pF)降低EMI