電氣系統一直是汽車安全中比較敏感的單元，很多常見小問題均因電氣系統的可靠性不能滿足而產生。對于電動汽車而言，由于涵蓋了更多的功能單位，包括牽引逆變器、溫度控制和加熱系統以及車載充電器，這些系統在完全不同的電壓水平下運行，因此必須進行電氣隔離（Galvanic isolation）。

從過往經驗來看，用于數據傳輸的電氣隔離是通過光學技術借助LED源和光電二極管接收器實現的。但是，在以電動汽車為代表的汽車市場需求的刺激下，光耦合器成為了實現電氣隔離的首選器件。作為使用光媒介從而達到隔離作用的器件，光耦合器的應用極大保障了新能源汽車電氣系統的安全可靠，東芝的車規級光耦合器便是其中的佼佼者。

光耦合器作為一種比較常見的隔離控制器件，將發光元件和光敏元件封裝于同一殼體中確保了不受外界干擾。光耦合器的主要優點是單向傳輸信號，通過電→光→電的傳輸方式實現了信號的平穩傳遞，同時器件的輸入側與輸出側完全實現了電氣隔離，具備抗干擾能力強、使用壽命長、傳輸效率高等優勢。

目前東芝可以提供種類最全的光耦產品線，涉及范圍包括消費級產品、工業、汽車以及光伏等多個應用領域。針對汽車電子領域，擁有超過20年汽車光耦產品研發經驗的東芝半導體專門推出了TLX系列滿足車載的不同應用需求。目前東芝擁有一系列符合AEC Q101標準的光電耦合器產品，被廣泛的應用于車載BMS，DC/DC，OBC，EV Inverter等應用中。同時東芝車規級光耦也在不斷地提升器件性能，更好地應對新能源汽車在電池容量、小型化以及節能領域面臨的全新挑戰。

隨著新能源汽車的不斷發展，車內電池組的容量與電池組本身的設計復雜程度也隨之攀升，這就讓電池組的安全性變得尤為重要。在電動汽車的BMS（Battery Management System，電池管理系統）中需要多種光耦合器實現對電池組各項指標數據進行采樣和監控。以東芝的車規級光耦產品為例：在一臺新能源汽車的BMS系統中，TLX9376和TLX9310光耦進行數據傳輸的控制；光繼電器（photorelay）——TLX9175J實現了對電池組的系統控制。上述的幾款東芝產品均采用SO6超薄封裝，工作溫度范圍為-40℃至125℃（TLX9175J除外，其工作溫度為-55℃至105℃）。在傳統汽車、電動車及混動車的逆變器控制（EV inverter）及智能功率模塊（intelligent power module，IPM）接口應用中，東芝的光電產品能夠極好地滿足車載應用的需求。

我們上文中提到的TLX9175J車規級光繼電器，其主要應用方向不僅包括了電動汽車／混合電動汽車上的電池管理系統（BMS），同時還能夠應用于車聯網領域，實現對車輛遠程控制與遠程讀取信息等功能。東芝TLX9175J能夠符合遠比消費級芯片嚴格的AEC-Q101測試要求，憑借超長的壽命、優越的可靠性以及低功耗特性，TLX9175J在以長城、蔚來為代表的一眾電動汽車廠商的電池管理系統中得以被廣泛應用。

東芝光耦的結構特性示意

相比于傳統的機械式繼電器，光繼電器在多個方面具有明顯的技術優勢。首先是繼電器的壽命，同樣以東芝TLX9175J光繼電器為例：該產品通過光敏二極管陣列接受LED光線，并產生電壓驅動MOSFET進行工作，由于沒有機械觸點，TLX9175J無需擔憂機械磨損的同時，也不存在由反電動勢或回跳引起的噪聲，極大地延長了器件的使用壽命。此外，TLX9175J采用了新的大功率紅外LED MQW結構，在連續工作10萬小時后，新型LED的輸出光量衰減率遠遠低于傳統LED的衰減率。這意味著相比于傳統的光繼電器，采用新型MQW結構的TLX9175J壽命和穩定性會更加優越。

在電路尺寸方面，東芝TLX9175J采用4pin SO6封裝，高度僅為2.2mm，超小型的封裝尺寸意味最終產品的高度／厚度減小，能夠提高電路板設計靈活性。由于輸入側的LED是由電流驅動的，東芝TLX9175J輸出端導通所需輸入電流不超過15mA，因此用戶可以使用MCU的引腳直接驅動光繼電器。相比之下，普通機械式繼電器所需驅動電流更大。在大部分情況下，用戶需要另外增加一個晶體管以提高MCU的驅動能力。因此，在低功耗場景下，東芝TLX9175J光繼電器更有優勢。

為了促進開發工程師們更好地應用光繼電器，東芝提供了用于電路仿真的PSpice和LTspice模型，讓開發者們更便捷精準的實現光繼電器的電路設計與仿真。

那么在實際設計中如何體現上述的技術優勢呢，我們為大家簡單的展示使用光繼電器和IC輸出光耦的電動汽車電池總電壓監測電路實例。可以看到，電壓檢測電路的設計非常簡單，通過光繼電器與光耦的設計，將電池與MCU完全隔離開的同時，MCU也能夠進行電池總電壓的測量，在新能源汽車等新興領域能夠得到廣泛應用。并且東芝TLX9175J無噪音、低功耗、節省空間等優點使得光繼電器能夠在大部分需要進行電池電壓監測的環境中使用。

光繼電器應用設計實例圖

為了滿足更加強悍的新能源汽車動力電池系統，東芝規劃了即將量產的TLX9160T。相較適用于100串電池組的400V及以下場景的TLX9175J，TLX9160T的工作電壓高達1500V，能夠滿足200串電池組的800-900V的應用需求。

東芝在光繼電器領域深耕多年，從前端芯片制造到后端元件安裝，已經具備了成熟的流程和完善的體系。東芝憑借優秀的創新能力以及對市場的敏銳嗅覺，將最新的MOSFET工藝設計集成到光繼電器中，開發出上百種高質量的光繼電器產品，助力大家在電氣隔離的道路上走得更遠。

編輯：hfy