Texas Instruments TPSI2140-Q1汽车隔离开关是一款隔离式固态继电器 (SSR)，设计用于高压汽车和工业应用。TPSI2140-Q1与TI具有高可靠性的电容隔离技术和内部背对背MOSFET整合在一起，形成了一款完全集成式解决方案，无需次级侧电源。该器件的初级侧仅由需.5mA的输入电流，使用户可通过单个微控制器GPIO驱动VDD和EN引脚，无需在光继电器解决方案中使用外部低侧开关。用户还可以选择将VDD引脚应连接到5V至20V的系统电源，并从GPIO驱动EN引脚。EN引脚具有失效防护功能，可防止对VDD电源反向供电的任何可能性。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPSI2140-Q1汽车隔离开关数据手册.pdf

次级侧都包含背对背MOSFET，从S1至S2的关断电压为±1.4kV。TPSI2140-Q1 MOSFET的雪崩稳健性和热敏感封装设计使其能够可靠地支持系统级电介质耐压测试 (HiPot)，并且无需任何外部元件即可承受高达2mA的直流快速充电器浪涌电流。TPSI2140T-Q1版本的器件配有TI的热雪崩保护 (TAP) 功能，可支持高达5mA的雪崩电流。

特性

• 汽车温度范围：-40°C至+125°C，符合AEC-Q100 1级标准
• TPSI2140T-Q1版本：集成MOSFET，具有2mA雪崩额定值，高达5mA
  • 关态电压：1400V
  • RON = 130Ω (TJ = +25°C)
  • T ON ，TOFF <350µs
• 稳健的电容隔离栅
  • 在1000V RMS /1414VDC 工作电压下，预计使用寿命为26年
  • 隔离等级，V ISO ，高达3750V RMS /5300VDC
  • 峰值浪涌V OSM ，高达6000V
  • CMTI：±100V/ns（典型值）
• TPSI2140T-Q1版本的热雪崩保护 (TAP)
• 低初级侧电源电流
  • 导通状态电流：7.5mA
  • 关断状态电流：6µA
• SOIC (DWQ-11) 封装，具有宽引脚，可提高散热能力
  • ≥8mm一次侧－二次侧爬电距离和间隙
    ≥6mm跨开关端子爬电距离和间隙
• 安全相关认证
  • DIN VDE V 0884-11:2017-01
  • UL 1577组件认证计划

规范

• 隔离等级：3750VRMS
• 内部FET
• 单通道
• 电源电压范围：4.5V至20V
• 1400V负载电压
• 0.05A Imax
• 雪崩电流：2mA
• 700,000ns导通时间（使能）
• 100,000ns关断时间（禁用）
• 关断状态漏电流：1µA
• 10.3mm x 7.5mm、11引脚SOIC封装

应用原理图

框图

TPSI2140-Q1汽车级隔离开关技术解析与应用指南

一、产品概述与核心特性

TPSI2140-Q1是德州仪器(TI)推出的一款汽车级隔离式固态继电器，采用创新的电容隔离技术，专为电动汽车和工业高压系统设计。该器件集成了1200V耐压的背对背MOSFET，无需次级侧供电，为高压测量和控制系统提供了高度集成的解决方案。

‌关键特性‌：

• ‌高压隔离能力‌：3750Vrms/5300VDC隔离电压，支持高达5000V浪涌电压
• ‌集成MOSFET‌：内置雪崩额定MOSFET，支持2mA/5s和1mA/60s的雪崩电流
• ‌超低功耗‌：开启状态仅9mA工作电流，关闭状态低至3.5μA
• ‌汽车级认证‌：符合AEC-Q100 Grade 1标准（-40°C至125°C）
• ‌功能安全‌：支持ISO 26262 ASIL B和IEC 61508 SIL 2系统设计

二、典型应用场景

2.1 电池管理系统(BMS)

• 高压电池组绝缘电阻监测
• 电池电压采样通道切换
• 预充电电路控制

2.2 电动汽车充电系统

• 直流快充桩绝缘监测
• 充电枪连接状态检测
• 充电机高压侧开关控制

2.3 能源存储系统(ESS)

• 光伏阵列绝缘监测
• 储能电池组电压采样
• 高压直流接触器控制

三、电气特性与性能参数

3.1 隔离特性

参数	数值	测试条件
工作隔离电压	1000Vrms/1500VDC	长期工作
最大瞬态隔离电压	5300V	60秒测试
绝缘电阻	>10Ω	25°C, 500V偏置
屏障电容	4pF典型值	1MHz

3.2 开关特性

• ‌导通电阻‌：130Ω（25°C时典型值）
• ‌开关时间‌：<700μs（包括导通和关断）
• ‌ 共模瞬态抗扰度(CMTI) ‌：100V/ns典型值

四、引脚配置与功能说明

TPSI2140-Q1采用11引脚SOIC(DWQ)封装，具有优化的热性能设计：

1. ‌VDD‌（引脚1）：初级侧电源输入（4.5-20V）
2. ‌GND‌（引脚2/8）：初级侧接地
3. ‌EN‌（引脚3）：使能控制输入（高电平有效）
4. ‌S1/S2‌（引脚11/9）：高压开关端子
5. ‌SM‌（引脚10）：散热金属焊盘（必须连接到PCB地平面）

五、设计要点与布局指南

5.1 绝缘监测电路设计

在电池系统绝缘监测应用中，TPSI2140-Q1可配置为两种典型架构：

1. ‌电池负极参考架构‌：MCU以电池负极为参考地
2. ‌底盘地参考架构‌：MCU以车辆底盘为参考地

5.2 耐压测试(HIPOT)设计

器件支持系统级耐压测试，设计时需注意：

• 串联电阻选择：R ≥ (VHIPOT - VAVA)/IAVA
• 测试时间限制：5秒测试时电流≤2mA，60秒测试时电流≤1mA
• 热设计：确保PCB布局优化散热路径

5.3 PCB布局建议

1. ‌高压间距‌：保持初级侧与次级侧≥8mm爬电距离
2. ‌热管理‌：在内部层添加金属平面提升散热
3. ‌EMI优化‌：可采用层间缝合电容(10-20pF)降低EMI