新型EPS冗余控制器 與MOSFET

東芝在汽車電子方面主要關注以下三個大的領域 :行車安全(safety-assist)、環(huán)境保護(ecology)、信息互聯(infotainment)。為了實現自動駕駛,以及駕駛感受的不斷進步,東芝以最先進的半導體技術,面向未來駕駛需求,提供各種先進的解決方案。 特別是針對行車安全方面有廣泛的應用,包括圖像識別系統ADAS、電動助力轉向系統(EPS)、制動控制(ABS/ESC)、胎壓監(jiān)測系統(TPMS)等。其中,針對電動助力轉向系統(EPS), 東芝提供的EPS控制器核心芯片組,已經被國內外的主流EPS系統廠商所采用,用以開發(fā)符合功能安全最高等級ASIL-D的EPS控制器。

EPS作為支持自動駕駛的關鍵部件之一,如何保證轉向系統的功能安全就成為整個系統設計的核心問題。在遵循ISO26262功能安全標準進行系統開發(fā)之上,系統的冗余設計及未來的線控轉向(SBW)設計都需要對控制器方案進行更全面的考量。同時,為應對雙系統控制器、一體化機型對于控制器PCB小型化的需求,芯片的高集成度和小封裝也是東芝開發(fā)新產品的主要方向。

如下圖所示的EPS冗余控制系統的功能框圖所示,相比于傳統三相無刷BLDC控制方案

如上圖所示,新系統需要客戶選擇符合功能安全ASIL-D要求的核心芯片包括 : MCU(微控制器)、Pre-driver(電機柵極預驅動器芯片)、SBC(系統基礎芯片)及MOSFET(功率器件)。

東芝可以提供整套解決方案,特別是應對功能安全的系統設計需求,東芝推出的電機柵極預驅動器芯片TB9081FG內部的11通道預驅動具有非常高的集成度和完備的安全考量。全新的IC集成了關鍵的主要功能,包括三相預驅動電路、故障安全繼電器預驅動電路和電機電流檢測電路,以及各種故障檢測電路。該IC還融合了用于檢測故障檢測電路中的潛伏性故障的ABIST/LBIST芯片上電自診斷電路,以確保更高的功能安全。東芝還進行了一系列功能安全分析,模擬各種系統故障,而且還將為客戶提供諸如FMEDA之類的記錄文件,以支持安全分析和設計。

除此之外,相比于傳統的EPS控制器,冗余設計系統中所采用的MOSFET最多可達22顆。如果工程師繼續(xù)選擇TO-263或T0-252封裝的MOSFET, 那么整體PCB尺寸會非常大,成本也會大幅提高,這些都將無法滿足OEM的量產化要求。從而,東芝針對性的推出了兩款采用小型低阻抗SOP Advance (WF)封裝的新MOSFET產品—“TPHR7904PB”和“TPH1R104PB”,這兩款產品是汽車用40V N溝道功率MOSFET系列的最新產品。這兩款新MOSFET產品采用最新第九代U-MOS IX-H溝槽工藝制造,采用小型低阻抗封裝,具備低導通電阻,最大導通電阻僅為0.79mΩ,因此有助于降低導通損耗。與東芝上一代設計(U-MOS IV)相比,U-MOS IX-H設計還實現了更低的開關噪聲,有助于降低EMI(電磁干擾)。SOP Advance (WF)封裝采用“可沾錫側翼”(Wettable Flank)端子結構,支持在焊接之后進行自動光學檢測(AOI) ,該結構可以大幅降低焊錫裂隙。

在此基礎上,東芝還率先推出了量產化的DSOP Advance(WF)封裝的MOSFET -“TPWR7904PB”和“TPW1R104PB”。其突出的特點是采用的雙面散熱封裝及最新芯片工藝可以大大提升MOSFET的散熱效率,實現高散熱性和低導通電阻特性。導通損耗所產生的熱量得到有效消散,因此散熱設計靈活性得到提高。此類產品的量產,帶給大電流電機應用客戶更多的散熱設計選擇。