車用電子行業(yè)已成為智能低電壓負(fù)載控制的驅(qū)動(dòng)力。 隨著機(jī)動(dòng)車的標(biāo)準(zhǔn)電氣系統(tǒng)用智能自保護(hù)器件代替保險(xiǎn)絲和分立式元件，它們?cè)谄渌袌?chǎng)上已得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用于消費(fèi)電子類產(chǎn)品的智能功率器件，性價(jià)比更高、容錯(cuò)性能更好、適用性更強(qiáng)、可靠性更高。這個(gè)正在擴(kuò)展的市場(chǎng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化器件具有獨(dú)特的需求，半導(dǎo)體供應(yīng)商非常樂(lè)意將這些標(biāo)準(zhǔn)化器件納入到他們的商業(yè)計(jì)劃中。

市場(chǎng)背景

在如今的汽車配電和電氣控制系統(tǒng)中，智能高邊開(kāi)關(guān)已是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模塊。具備診斷功能的中高電流器件幾乎消除了汽車負(fù)載管理中所使用的保險(xiǎn)絲和可重置斷路器。

在配電系統(tǒng)中，單個(gè)電路和相關(guān)配線受到智能高邊開(kāi)關(guān)的保護(hù)。在車體、照明和傳動(dòng)系統(tǒng)中，各個(gè)負(fù)載利用智能器件驅(qū)動(dòng)，這些器件可能包括通過(guò)電流檢測(cè)提供的診斷、帶狀態(tài)反饋的固定參數(shù)診斷以及/或者自我保護(hù)特性。自治式自我保護(hù)幾乎已經(jīng)普及。第一代高電流智能器件具有單通道輸出功能，其分立式接口采用主流的封裝外形。針對(duì)普通車輛的完全實(shí)施可能需要幾十個(gè)高邊智能開(kāi)關(guān)。雖然這些開(kāi)關(guān)仍然廣泛應(yīng)用于許多汽車配電中心的選擇負(fù)載，但是數(shù)量較少。為了盡可能降低汽車系統(tǒng)的I/O要求，新型智能功率器件選擇包括串行總線接口、多通道輸出和軟限制可編程性。

然而，OEM架構(gòu)特定的部件可能具有未知的產(chǎn)品生命周期、潛在的強(qiáng)制性設(shè)計(jì)更改，或者成為導(dǎo)致無(wú)法預(yù)見(jiàn)的重新設(shè)計(jì)的EOL。多通道器件中軟功能的集成度越高，則設(shè)計(jì)的優(yōu)化程度也越高。然而，更好服務(wù)于次級(jí)市場(chǎng)的是由多個(gè)來(lái)源提供且軟件復(fù)雜性最低的標(biāo)準(zhǔn)化器件。

使用標(biāo)準(zhǔn)化智能功率器件的二級(jí)制造商對(duì)這些器件具有最高可靠性是能夠抱有期望的，因?yàn)檫@些器件完全符合AECQ101標(biāo)準(zhǔn)，其成本仍由多個(gè)市場(chǎng)的全球高銷量驅(qū)動(dòng)。

高邊開(kāi)關(guān)

高邊開(kāi)關(guān)是最常見(jiàn)的器件。它們代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保險(xiǎn)絲來(lái)保護(hù)線路，同時(shí)代替繼電器或硅負(fù)載開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行控制。有兩種常見(jiàn)的部署，即服務(wù)于市場(chǎng)中供應(yīng)商的具有相似功能的寬范圍負(fù)載電流：

(1)高負(fù)載電流——要求預(yù)驅(qū)動(dòng)晶體管的電池參考接口，通常具有一定比率電流反饋。這些器件具有反向電壓保護(hù)功能，可在反向負(fù)載條件下保護(hù)MOSFET。

圖1 Vbb參考接口(FDDS10H04)

圖2 邏輯電平接口框圖(FDDS100H06)

(2)低負(fù)載電流——接地參考邏輯電平反饋，帶和不帶狀態(tài)反饋。

工作特性和電荷泵尺寸通常支持高達(dá)250Hz照明的PWM。這些類型的器件旨在在驅(qū)動(dòng)控制電磁閥等電感負(fù)載時(shí)，提供箝位以實(shí)現(xiàn)能量的快速衰減。

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)

對(duì)于直流電機(jī)負(fù)載，采用普通尺寸和封裝的P/N半橋器件可從多家供應(yīng)商處獲得。對(duì)于可變的高電流電機(jī)控制，P/N半橋提供自保護(hù)功能、負(fù)載電流監(jiān)控以及更高頻率的PWM操作。

這些高邊開(kāi)關(guān)和高電流半橋框圖展示了很多常用的自保護(hù)功能：

• 短路保護(hù)

• 限流

• 熱關(guān)斷

• 過(guò)壓保護(hù)和負(fù)載突降兼容性

• 帶滯后功能的欠壓

• ESD保護(hù)

應(yīng)用

高邊智能開(kāi)關(guān)是照明中最常用的器件。在12V系統(tǒng)中，典型插入式保險(xiǎn)絲的電流范圍為3A至30A。隨著智能功率器件的出現(xiàn)，外加單個(gè)電路的診斷功能，照明負(fù)載往往是每個(gè)電路中較低的電流，這樣就能實(shí)現(xiàn)更多單個(gè)電路的診斷。由于標(biāo)志燈和位置燈演變成主要基于LED，因此負(fù)載電流進(jìn)一步下降。

對(duì)于次級(jí)市場(chǎng)，這通常導(dǎo)致控制器系列具有可變數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化輸出，其編程或調(diào)節(jié)能按照特定的產(chǎn)品配置來(lái)進(jìn)行。在應(yīng)急車輛照明市場(chǎng)，特定的照明激活順序可能因不同顧客而各異。在小型游艇和船舶市場(chǎng)，除了照明要求之外，可能還對(duì)各類泵、雨刮器或風(fēng)扇的直流電機(jī)的輔助電源或控制器件有需求。

圖4顯示的是通用負(fù)載控制器框圖，它可根據(jù)不同應(yīng)用和市場(chǎng)進(jìn)行縮放。有四種由通用輸出定義的基本負(fù)載系列;其中有三種用于標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，例如照明或供電，而剩下的那一種則用于調(diào)速直流電機(jī)：

圖3 P/N半橋框圖[!--empirenews.page--]

圖4 通用負(fù)載控制器

• 低電流<4A(主要用于LED和單燈絲標(biāo)志照明)

• 中等電流<20A(用于燈飾照明、儀器和輔助電源)

• 高電流10A至30A(用于更高功率照明和設(shè)備電源)

• 高電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)<35A(用于在單向半橋和雙向全橋操作中的調(diào)速冷卻風(fēng)扇和泵)

想象一種應(yīng)用(比如：小型船只)，在船上單向電機(jī)輸出用于驅(qū)動(dòng)艙底的風(fēng)機(jī)和艙底的水泵。雙向電機(jī)輸出可用于功率調(diào)節(jié)操作。剩余的電源開(kāi)關(guān)可用于船塢照明、泊船照明、駕駛艙照明、壓力計(jì)電源、油泵、雨刮器、汽笛和所有其他低電壓負(fù)載。

表1：飛兆智能功率產(chǎn)品

這些相同的負(fù)載類型和功能對(duì)于允許重復(fù)使用大量設(shè)計(jì)塊的功能性器械、RV系統(tǒng)以及園林機(jī)械等而言是類似的。

由于所有智能功率器件的關(guān)斷狀態(tài)漏電電流設(shè)計(jì)為最小，因此圖4中的Vbat電源在某些應(yīng)用中可直接與電池系統(tǒng)連接。

常見(jiàn)的負(fù)載類型和設(shè)計(jì)問(wèn)題

電阻性——主要顯電阻性的典型負(fù)載可在不新增元件的情況下驅(qū)動(dòng)。這就允許實(shí)現(xiàn)白熾燈和LED照明的脈寬調(diào)制(PWM)。

電感性——如果未抑制的電感尖峰(UIS)處于該器件的額定范圍內(nèi)，電感負(fù)載(比如：電磁閥)就可在不新增元件的情況下驅(qū)動(dòng)。

直流電機(jī)——對(duì)于非PWM驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，高邊開(kāi)關(guān)通?？商鎿Q繼電器。關(guān)斷過(guò)程中的應(yīng)力可能要求使用其他元件，比如一個(gè)再循環(huán)路徑或MOV。

可調(diào)直流電機(jī)——對(duì)于使用P/N半橋的可調(diào)電機(jī)控制解決方案必須考慮PWM頻率、要求的上升和下降時(shí)間以及效率問(wèn)題。開(kāi)關(guān)頻率會(huì)影響輻射和PWM的準(zhǔn)確性。PWM以及上升和下降時(shí)間會(huì)影響開(kāi)關(guān)損耗(效率)。由于P/N器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如果需要反向電池保護(hù)，那么會(huì)要求使用其他的外置元件。

供電——輔助供電，輔助系統(tǒng)通常按電流負(fù)載處理。浪涌電流過(guò)大可能會(huì)要求采用軟啟動(dòng)或重試策略。

負(fù)載線路——在任何情況下，線規(guī)必須要考慮，那就是智能功率器件的自治式短路保護(hù)限制。

智能功率負(fù)載控制最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題之一就是反向電池電壓。通常情況下，照明不要求反向電池電壓保護(hù)。

必須分別仔細(xì)檢查其他負(fù)載的反向電池兼容性和保護(hù)。在Vbat電源中使用P溝道MOSFET或繼電器的反向電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)先級(jí)大于在智能功率器件中使用。常見(jiàn)于所有電路且要求反向電池保護(hù)的功率繼電器還可提供“零關(guān)斷狀態(tài)”耗電量。對(duì)于長(zhǎng)期未使用的設(shè)備而言，這個(gè)問(wèn)題可能需要特別關(guān)注。

飛兆半導(dǎo)體的產(chǎn)品針對(duì)次級(jí)市場(chǎng)上的低電壓配電和負(fù)載控制可提供完整的解決方案。高邊開(kāi)關(guān)包括：

采用DPak 5引腳封裝的FDDS100H06單片器件非常適用于10W左右的白熾燈、LED標(biāo)志照明以及低電流電磁閥。

分別采用DPak 5引腳和D2Pak 7引腳封裝的FDDS10H04和FDBS09H04是片芯堆疊器件，能夠處理較高的負(fù)載電流，具有成比例負(fù)載監(jiān)控功能。

采用D2Pak 7引腳封裝的FAN7093設(shè)計(jì)用于處理高達(dá)35A的直流電機(jī)的可調(diào)PWM驅(qū)動(dòng)。它通過(guò)具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品獲得改進(jìn)，這些產(chǎn)品具有較高的工作頻率，灌電流和源電流與電流輸出成正比。

所有飛兆車用智能功率開(kāi)關(guān)均符合AECQ101標(biāo)準(zhǔn)并且工作溫度為-40℃至150℃。設(shè)計(jì)支持包括產(chǎn)品資料、應(yīng)用指南和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程。