車用智能功率器件重塑次級(jí)市場(chǎng)

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