Texas Instruments TPSI2140-Q1汽車隔離開關是一款隔離式固態繼電器 (SSR)，設計用于高壓汽車和工業應用。TPSI2140-Q1與TI具有高可靠性的電容隔離技術和內部背對背MOSFET整合在一起，形成了一款完全集成式解決方案，無需次級側電源。該器件的初級側僅由需.5mA的輸入電流，使用戶可通過單個微控制器GPIO驅動VDD和EN引腳，無需在光繼電器解決方案中使用外部低側開關。用戶還可以選擇將VDD引腳應連接到5V至20V的系統電源，并從GPIO驅動EN引腳。EN引腳具有失效防護功能，可防止對VDD電源反向供電的任何可能性。

數據手冊：*附件：Texas Instruments TPSI2140-Q1汽車隔離開關數據手冊.pdf

次級側都包含背對背MOSFET，從S1至S2的關斷電壓為±1.4kV。TPSI2140-Q1 MOSFET的雪崩穩健性和熱敏感封裝設計使其能夠可靠地支持系統級電介質耐壓測試 (HiPot)，并且無需任何外部元件即可承受高達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 (TAP) 功能，可支持高達5mA的雪崩電流。

特性

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

規范

• 隔離等級：3750VRMS
• 內部FET
• 單通道
• 電源電壓范圍：4.5V至20V
• 1400V負載電壓
• 0.05A Imax
• 雪崩電流：2mA
• 700,000ns導通時間（使能）
• 100,000ns關斷時間（禁用）
• 關斷狀態漏電流：1μA
• 10.3mm x 7.5mm、11引腳SOIC封裝

應用原理圖

框圖

TPSI2140-Q1汽車級隔離開關技術解析與應用指南

一、產品概述與核心特性

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

?關鍵特性?：

• ?高壓隔離能力?：3750Vrms/5300VDC隔離電壓，支持高達5000V浪涌電壓
• ?集成MOSFET?：內置雪崩額定MOSFET，支持2mA/5s和1mA/60s的雪崩電流
• ?超低功耗?：開啟狀態僅9mA工作電流，關閉狀態低至3.5μA
• ?汽車級認證?：符合AEC-Q100 Grade 1標準（-40°C至125°C）
• ?功能安全?：支持ISO 26262 ASIL B和IEC 61508 SIL 2系統設計

二、典型應用場景

2.1 電池管理系統(BMS)

• 高壓電池組絕緣電阻監測
• 電池電壓采樣通道切換
• 預充電電路控制

2.2 電動汽車充電系統

• 直流快充樁絕緣監測
• 充電槍連接狀態檢測
• 充電機高壓側開關控制

2.3 能源存儲系統(ESS)

• 光伏陣列絕緣監測
• 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

3.1 隔離特性

3.2 開關特性

• ?導通電阻?：130Ω（25°C時典型值）
• ?開關時間?：<700μs（包括導通和關斷）
• ? 共模瞬態抗擾度(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，具有優化的熱性能設計：

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

五、設計要點與布局指南

5.1 絕緣監測電路設計

在電池系統絕緣監測應用中，TPSI2140-Q1可配置為兩種典型架構：

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

5.2 耐壓測試(HIPOT)設計

器件支持系統級耐壓測試，設計時需注意：

• 串聯電阻選擇：R ≥ (VHIPOT - VAVA)/IAVA
• 測試時間限制：5秒測試時電流≤2mA，60秒測試時電流≤1mA
• 熱設計：確保PCB布局優化散熱路徑

5.3 PCB布局建議

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