一文带你了解荣湃半导体“光MOS”产品大家庭

　　光MOS,也称光继电电路(PhotoMOS),是一种采用MOS管作为输出元件的光电耦合型半导体继电器。其由LED光源与光电二极管阵列组合构成，通过光电转换将光信号转换为MOS管栅极驱动信号，实现输出端无触点开关控制，主要应用于通信设备、测量仪器、医疗设备及工业机械的负载控制领域。

　　相比于机械继电器，光MOS产品具有无机械磨损、长寿命、高速开关等特性，支持高频动作与小型化设计。但光MOS本质上属于光电耦合器件，具有以下显著缺点：

　　温度敏感性强，工业和汽车高温环境(如85℃以上)易出现电流传输比(CTR)下降，导致信号丢失;

　　寿命有限，LED存在光衰问题，长期使用(5年以上)可靠性下降。

　　正是由于耐高温和光衰老化问题，光耦器件很少被用于汽车应用中。直到新能源汽车BMS发展，光MOS产品在当时才不得不应用在高压绝缘检测电路中。虽然作为车规产品应用其高温特性和寿命问题持续有所改善，但其固有的本质属性问题无法从根本上得到解决。

　　为了从根本上解决以上问题，荣湃半导体陆续推出了基于磁隔和容隔技术的高压隔离开关产品。虽然荣湃半导体推出的高压隔离开关产品与光MOS在原理上完全不同，但为了应用延续性和市场可接受度，仍称为“光MOS”产品。

表 1 荣湃半导体光 MOS 产品系列

　　Pai8558EQ

　　Pai8558EQ是荣湃半导体推出的第一款光MOS产品，其采用平面变压器隔离高压干扰，原副边线圈间填充聚酰亚胺(临界击穿场强0.3MV/cm)。通过AEC-Q100车规认证和VDE0884-17加强绝缘认证，已在客户端大批量出货。

　　Pai8559EQ

　　Pai8559EQ是在Pai8558EQ的基础上，将副边侧耐压能力从1500V提升到1700V，满足系统高压不断增大的应用场景。

　　Pai8558Q

　　为了改善电磁干扰(EMI)性能，特别是满足日趋严格的辐射干扰(RE)标准测试，荣湃半导体推出了基于电容隔离技术的光MOS产品Pai8558Q，其原副边耐压仍可达5000Vrms，通过VDE0884-17基本绝缘认证。详细的EMC测试结果可通过相关渠道向荣湃半导体销售工程师咨询。

　　图1是典型的以车身地作为参考地的绝缘检测方案，其中Risop是等效的高压电池正端到车身地的绝缘阻抗，Rison是等效的高压电池负端到车身地的绝缘阻抗。S1和S2是高压隔离开关，分别串在正端和负端电阻分压网络上，可以选用荣湃半导体推出的光MOS产品。电阻R1~R4是电阻分压网络，得到合适的电压给到ADC进行采集。通过S1和S2间隔开关切换，可以通过ADC读到不同的电压，联立方程组，即可计算得到绝缘等效阻抗Risop和Rison。

图 1 以车身地作为参考地的绝缘检测原理图

　　国际标准《ISO 6469-3:2021 Electrically propelled road vehicles — Safety specifications Part 3: Electrical safety》以及国家标准《GB/T 18384.3-2015 电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护》规定的耐压测试要求如下：

　　将控制器所有高压连接器Pin脚连接在一起，将所有低压连接器Pin脚连接在一起，在高压和低压Pin脚之间施加频率为50Hz~60Hz的(2U+1000)V(rms)的交流测试电压，或者等效的直流测试电压，持续时间1min，如图2为标准的控制器耐压测试示意图。

　　图 2 标准的控制器耐压测试示意图

　　譬如对于500V高压电池系统，施加的交流测试电压即为2000Vrms，或者直流电压2828V;同样地，对于800V高压电池系统，施加的交流测试电压即为2600Vrms，或者直流电压3676V。为了满足耐压测试，系统应用中常需要在高压与低压地之间串入干簧继电器，用以保护光MOS器件，如图3中的干簧继电器S3。

图3 采用干簧继电器作为保护的绝缘检测示意图

　　此外，在高压储能应用中，电池电压越来越高，1200V和1500V高压电池系统越来越普遍，原先1500V及1700V的光MOS产品已不再适用。

　　在以上两个背景下，荣湃半导体果断推出了副边耐压3300V的光MOS产品Pai855AEQ。这款3300V光MOS产品给方案设计带来极大的系统优势：

　　新能源汽车500V或800V应用：因为该产品可承受耐压测试，不再需要干簧继电器，系统成本更低、可靠性更高。可参照表2使用荣湃半导体光MOS产品进行硬件配置。

　　1200V以上的高压储能应用：使用Pai855AEQ作为绝缘检测开关管，对应图3中的S1和S2。

　　当然，光MOS产品还广泛应用于电池管理系统高压采样电路中，以降低整车漏电流。基于对新能源汽车高压采样和绝缘检测应用的理解，荣湃半导体还将继续完善“光MOS”产品矩阵，即将推出新家庭成员，敬请期待。