EV バッテリ スタックの電圧レベルは 400V から 800V、さらには 1kV へと増加し続けており、自動車メーカーによる軽量化、トルクの向上、効率の向上、充電の高速化の達成を可能にしています。そのような高電圧で動作する EV では、乗員や機器の安全性を確保するために高電圧絶縁が不可欠です。

絶縁型半導体を使うと、必要なレベルのガルバニック絶縁を達成しながら、低電圧デジタル回路とアナログ回路を高電圧バッテリで安全に動作させることができます。絶縁型の電圧センサ、電流センサ、ADC、CAN トランシーバは、絶縁境界の両側で低電圧 DC バイアスを必要とする信号チェーン IC の一例です。UCC12051-Q1 は、5kV_RMS の絶縁を達成しながら最大 500mW の 5V 入力 / 5V 出力 (または 3.3V 出力) バイアスを供給するために TI の統合型磁気ラミネート プレーナー トランス テクノロジーを採用した絶縁型低電圧 DC/DC パワー モジュールです。

バッテリ管理システム (BMS) とトラクション インバータの 2 つは、800V ドメインをシャーシから絶縁する必要がある最も重要な EV サブシステムです。

BMS は、高電圧バッテリ端子をサブシステムに接続する際にプリチャージ回路を使用します。5kV_RMS の TPSI3050-Q1 絶縁型スイッチ ドライバは、機械式プリチャージ コンタクタを置き換え、より小型で信頼性の高いソリッドステート ソリューションを実現します。乗員が高電圧にさらされないように、バッテリの各端子 (HV+、HV–) と金属製シャーシの間の絶縁を BMS は高い頻度で監視します。ソリッドステート リレー (TPSI2140-Q1 など) は、バッテリ パック モニタ (BQ79631-Q1 など) と連動し、ソリッドステート フォトリレーよりも高速かつ高精度で 800V BMS の絶縁異常を検出します。TPSI2140-Q1 は、1MΩ 未満の抵抗を使用でき、従来型のフォトリレーの 3 倍以上のアバランシェ電流に耐えられるため、人とシステムとの相互作用をより安全なものにします。

図 10 に示すブロック図は、高電圧絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) またはシリコン カーバイド (SiC) モジュールを 3 相 DC/AC インバータ構成で駆動するために絶縁型ゲート ドライバを使用したトラクション インバータの一例です。これらのモジュールはしばしば最大 6 つの IGBT または SiC スイッチと一緒にパッケージ化され、最大 6 つの絶縁トランスを必要とし、最大 6 つの独立したゲート ドライバ IC に電力を供給します。外付けトランスの数を減らして PCB 面積を最小化するために、UCC14240-Q1 を使用できます。これは、トラクション インバータのゲート ドライバ バイアス用途でより高い性能を実現できるデュアル出力、中電圧の絶縁型 DC/DC パワー モジュールです。

UCC14240-Q1 や UCC12051-Q1 のような絶縁型 DC/DC モジュールは、特定のバイアス機能に限らず各種電源アーキテクチャに適しています。スケーラビリティを多少犠牲にすれば、信号チェーンと電源を 1 つの IC パッケージに統合することで、さらに高い集積度を実現できます。たとえば、電源内蔵デジタル アイソレータ (ISOW7841A-Q1)、電源内蔵 ADC ( AMC3336-Q1)、電源内蔵アンプ (AMC1350-Q1) などがあります。