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汽車功率IC中的開關分類及優缺點

時間:2021-12-20 10:28:00
摘要: 汽車功率IC涵蓋的範圍很寬,它包含汽車電子的IC應用系統和功能元件。它們都有一個主要的功能,既實現從幾毫瓦到幾千瓦的電能的供應、變換或驅動。這些IC的工作範圍和12V、24V和48V的汽車電氣系統電壓相适應。

汽車功率IC涵蓋的範圍很寬,它包含汽車電子的IC應用系統和功能元件。它們都有一個主要的功能,既實現從幾毫瓦到幾千瓦的電能的供應、變換或驅動。這些IC的工作範圍和12V、24V和48V的汽車電氣系統電壓相适應。範圍從簡單的MOSFET、到帶有集成保護電路和診斷功能的高邊、低邊和橋式開關、線性電源調整IC和開關電源調整IC,一直到用于ABS和安全氣囊等安全系統的高集成ASIC。汽車電子系統中的功率開關有高邊(HSD)、低邊(LSD)和橋式開關。

在系統的設計中是采用功率IC中到底是采用高邊開關還是低邊開關, 對于低邊的驅動,需要考慮以下的細節:

負載的正常電流有多大?最大電流是多少?

負載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?

負載是否為感性? 如果是感性,關斷時的能量?

負載的控制方式是on/off方式還是PWM?如果是PWM,頻率和占空比是多少?

負載的工作環境溫度是多少?極限溫度是多少?

系統如果Ground open,對負載有何影響?

需要功率IC的封裝方式是SMT還是通孔方式的?如果是SMT,有多大的面積連接到功率IC的散熱片? 如果是通孔方式,采用什麽形狀的散熱器?

負載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷?過流,過壓,過溫還是短路等?

負載是否有以下的應用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?

對于功率IC中中高邊驅動, 需要考慮以下的技術細節:

負載正常電流有多大? 最大電流是多少?

負載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?

負載是否為感性? 如果是感性,關斷時的能量?

負載的控制方式是on/off方式還是PWM?如果是PWM,頻率和占空比是多少?

負載的工作環境溫度是多少? 極限溫度是多少?

需要功率IC的封裝方式是SMT還是通孔方式的?如果是SMT,有多大的面積連接到功率IC的散熱片? 如果是通孔方式,采用什麽形狀的散熱器?

負載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷?過流,過壓,過溫還是短路等?

負載是否有以下的應用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?[page]

以下給出了在采用HSD和LSD在驅動負載時的一些比較:

1)通态電阻

NMOS的的通态電阻比PMOS在同樣的條件下要小。這是因為,電子的導通速度比空穴快,因而影響到通态電阻。也是因為為了追求低的通态電阻,在某些高邊的驅動應用,用充電泵加上NMOS來完成PMOS作為高邊的應用,付出的代價是價格變高,驅動電路也比LSD復雜。

2)采樣電路

對于HSD的保護,如果需要電流采樣,須用差分的配置才能實現電流采樣;而對于LSD,采用單端配置就可以。由于采用差分電路成本高于采用單端的成本,所以從這個意義上說,LSD比HSD具備成本優勢。

3)線制的要求

由于現在的汽車的多為負極搭鐵,采用HSD給負載供電有一系列的好處。如果負載的一端直接接在底盤的地上,則只需要一根線給負載供電,這就節省了系統的成本。

4)失效對系統的影響

這是依據系統的要求,選擇哪種類型的負載。在飛機的負載失效類型中,如果負載失效,最安全的方式是讓負載繼續運行下去;而對于汽車的負載應用,則正好相反。例如在發動機管理的控制單元中,控制油泵的開關就是HSD。這是因為在大多數的情況下,當驅動模塊失效時,是關掉油泵。這種設計對于當發生車禍或系統失效時是非常有利的。

下表給出了對于HSD和LSD的全面比較:

綜上所述,無論是采用LSD還是HSD,都是各有優劣。最終在汽車電子模塊中選用那種方式的驅動,還是要在哪種場合的應用,診斷類型,失效後造成的危險,綜合考慮後才能作出折衷的選擇。

關鍵字:汽車功率IC 通态電阻

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