車用電子行業(yè)已成為智能低電壓負載控制的驅(qū)動力。 隨著機動車的標準電氣系統(tǒng)用智能自保護器件代替保險絲和分立式元件，它們在其他市場上已得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用于消費電子類產(chǎn)品的智能功率器件，性價比更高、容錯性能更好、適用性更強、可靠性更高。這個正在擴展的市場對標準化器件具有獨特的需求，半導(dǎo)體供應(yīng)商非常樂意將這些標準化器件納入到他們的商業(yè)計劃中。

市場背景

在如今的汽車配電和電氣控制系統(tǒng)中，智能高邊開關(guān)已是標準構(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載管理中所使用的保險絲和可重置斷路器。

在配電系統(tǒng)中，單個電路和相關(guān)配線受到智能高邊開關(guān)的保護。在車體、照明和傳動系統(tǒng)中，各個負載利用智能器件驅(qū)動，這些器件可能包括通過電流檢測提供的診斷、帶狀態(tài)反饋的固定參數(shù)診斷以及/或者自我保護特性。自治式自我保護幾乎已經(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。針對普通車輛的完全實施可能需要幾十個高邊智能開關(guān)。雖然這些開關(guān)仍然廣泛應(yīng)用于許多汽車配電中心的選擇負載，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、潛在的強制性設(shè)計更改，或者成為導(dǎo)致無法預(yù)見的重新設(shè)計的EOL。多通道器件中軟功能的集成度越高，則設(shè)計的優(yōu)化程度也越高。然而，更好服務(wù)于次級市場的是由多個來源提供且軟件復(fù)雜性最低的標準化器件。

使用標準化智能功率器件的二級制造商對這些器件具有最高可靠性是能夠抱有期望的，因為這些器件完全符合AECQ101標準，其成本仍由多個市場的全球高銷量驅(qū)動。

高邊開關(guān)

高邊開關(guān)是最常見的器件。它們代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保險絲來保護線路，同時代替繼電器或硅負載開關(guān)來進行控制。有兩種常見的部署，即服務(wù)于市場中供應(yīng)商的具有相似功能的寬范圍負載電流：

(1)高負載電流——要求預(yù)驅(qū)動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功能，可在反向負載條件下保護MOSFET。

圖1 Vbb參考接口(FDDS10H04)

圖2 邏輯電平接口框圖(FDDS100H06)

(2)低負載電流——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250Hz照明的PWM。這些類型的器件旨在在驅(qū)動控制電磁閥等電感負載時，提供箝位以實現(xiàn)能量的快速衰減。

直流電機驅(qū)動

對于直流電機負載，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。對于可變的高電流電機控制，P/N半橋提供自保護功能、負載電流監(jiān)控以及更高頻率的PWM操作。

這些高邊開關(guān)和高電流半橋框圖展示了很多常用的自保護功能：

• 短路保護

• 限流

• 熱關(guān)斷

• 過壓保護和負載突降兼容性

• 帶滯后功能的欠壓

• ESD保護

應(yīng)用

高邊智能開關(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)，外加單個電路的診斷功能，照明負載往往是每個電路中較低的電流，這樣就能實現(xiàn)更多單個電路的診斷。由于標志燈和位置燈演變成主要基于LED，因此負載電流進一步下降。

對于次級市場，這通常導(dǎo)致控制器系列具有可變數(shù)量的標準化輸出，其編程或調(diào)節(jié)能按照特定的產(chǎn)品配置來進行。在應(yīng)急車輛照明市場，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，除了照明要求之外，可能還對各類泵、雨刮器或風扇的直流電機的輔助電源或控制器件有需求。

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

圖3 P/N半橋框圖[!--empirenews.page--]

圖4 通用負載控制器

• 低電流<4A(主要用于LED和單燈絲標志照明)

• 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)

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

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

表1：飛兆智能功率產(chǎn)品

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

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。

常見的負載類型和設(shè)計問題

電阻性——主要顯電阻性的典型負載可在不新增元件的情況下驅(qū)動。這就允許實現(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)，電感負載(比如：電磁閥)就可在不新增元件的情況下驅(qū)動。

直流電機——對于非PWM驅(qū)動的電機，高邊開關(guān)通常可替換繼電器。關(guān)斷過程中的應(yīng)力可能要求使用其他元件，比如一個再循環(huán)路徑或MOV。

可調(diào)直流電機——對于使用P/N半橋的可調(diào)電機控制解決方案必須考慮PWM頻率、要求的上升和下降時間以及效率問題。開關(guān)頻率會影響輻射和PWM的準確性。PWM以及上升和下降時間會影響開關(guān)損耗(效率)。由于P/N器件的拓撲結(jié)構(gòu)，如果需要反向電池保護，那么會要求使用其他的外置元件。

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

負載線路——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限制。

智能功率負載控制最常見的設(shè)計問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。

必須分別仔細檢查其他負載的反向電池兼容性和保護。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)先級大于在智能功率器件中使用。常見于所有電路且要求反向電池保護的功率繼電器還可提供“零關(guān)斷狀態(tài)”耗電量。對于長期未使用的設(shè)備而言，這個問題可能需要特別關(guān)注。

飛兆半導(dǎo)體的產(chǎn)品針對次級市場上的低電壓配電和負載控制可提供完整的解決方案。高邊開關(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，能夠處理較高的負載電流，具有成比例負載監(jiān)控功能。

采用D2Pak 7引腳封裝的FAN7093設(shè)計用于處理高達35A的直流電機的可調(diào)PWM驅(qū)動。它通過具有競爭力的產(chǎn)品獲得改進，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關(guān)均符合AECQ101標準并且工作溫度為-40℃至150℃。設(shè)計支持包括產(chǎn)品資料、應(yīng)用指南和現(xiàn)場應(yīng)用工程。