汽車功率IC中的開關(guān)分類及優(yōu)缺點(diǎn)

汽車功率IC涵蓋的范圍很寬，它包含汽車電子的IC應(yīng)用系統(tǒng)和功能元件。它們都有一個(gè)主要的功能，既實(shí)現(xiàn)從幾毫瓦到幾千瓦的電能的供應(yīng)、變換或驅(qū)動(dòng)。這些IC的工作范圍和12V、24V和48V的汽車電氣系統(tǒng)電壓相適應(yīng)。范圍從簡(jiǎn)單的MOSFET、到帶有集成保護(hù)電路和診斷功能的高邊、低邊和橋式開關(guān)、線性電源調(diào)整IC和開關(guān)電源調(diào)整IC，一直到用于ABS和安全氣囊等安全系統(tǒng)的高集成ASIC。汽車電子系統(tǒng)中的功率開關(guān)有高邊(HSD)、低邊(LSD)和橋式開關(guān)。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是采用功率IC中到底是采用高邊開關(guān)還是低邊開關(guān), 對(duì)于低邊的驅(qū)動(dòng),需要考慮以下的細(xì)節(jié):

負(fù)載的正常電流有多大?最大電流是多少?

負(fù)載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?

負(fù)載是否為感性? 如果是感性,關(guān)斷時(shí)的能量?

負(fù)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(fù)載的工作環(huán)境溫度是多少?極限溫度是多少?

系統(tǒng)如果Ground open,對(duì)負(fù)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,采用什么形狀的散熱器?

負(fù)載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷?過(guò)流,過(guò)壓,過(guò)溫還是短路等?

負(fù)載是否有以下的應(yīng)用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?

對(duì)于功率IC中中高邊驅(qū)動(dòng), 需要考慮以下的技術(shù)細(xì)節(jié):

負(fù)載正常電流有多大? 最大電流是多少?

負(fù)載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?

負(fù)載是否為感性? 如果是感性,關(guān)斷時(shí)的能量?

負(fù)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(fù)載的工作環(huán)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,采用什么形狀的散熱器?

負(fù)載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷?過(guò)流,過(guò)壓,過(guò)溫還是短路等?

負(fù)載是否有以下的應(yīng)用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?

以下給出了在采用HSD和LSD在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)的一些比較：

1)通態(tài)電阻

NMOS的的通態(tài)電阻比PMOS在同樣的條件下要小。這是因?yàn)?，電子的?dǎo)通速度比空穴快，因而影響到通態(tài)電阻。也是因?yàn)闉榱俗非蟮偷耐☉B(tài)電阻，在某些高邊的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，用充電泵加上NMOS來(lái)完成PMOS作為高邊的應(yīng)用，付出的代價(jià)是價(jià)格變高，驅(qū)動(dòng)電路也比LSD復(fù)雜。

2)采樣電路

對(duì)于HSD的保護(hù)，如果需要電流采樣，須用差分的配置才能實(shí)現(xiàn)電流采樣;而對(duì)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(gè)意義上f，LSD比HSD具備成本優(yōu)勢(shì)。

3)線制的要求

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

4)失效對(duì)系統(tǒng)的影響

這是依據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇哪種類型的負(fù)載。在飛機(jī)的負(fù)載失效類型中,如果負(fù)載失效,最安全的方式是讓負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行下去;而對(duì)于汽車的負(fù)載應(yīng)用,則正好相反。例如在發(fā)動(dòng)機(jī)管理的控制單元中，控制油泵的開關(guān)就是HSD。這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)模塊失效時(shí)，是關(guān)掉油泵。這種設(shè)計(jì)對(duì)于當(dāng)發(fā)生車禍或系統(tǒng)失效時(shí)是非常有利的。

下表給出了對(duì)于HSD和LSD的全面比較：

綜上所述，無(wú)論是采用LSD還是HSD，都是各有優(yōu)劣。最終在汽車電子模塊中選用那種方式的驅(qū)動(dòng)，還是要在哪種場(chǎng)合的應(yīng)用，診斷類型，失效后造成的危險(xiǎn)，綜合考慮后才能作出折衷的選擇。