新型EPS冗余控制器 與MOSFET

東芝在汽車電子方面主要關(guān)注以下三個(gè)大的領(lǐng)域 :行車安全(safety-assist)、環(huán)境保護(hù)(ecology)、信息互聯(lián)(infotainment)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛,以及駕駛感受的不斷進(jìn)步,東芝以最先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù),面向未來(lái)駕駛需求,提供各種先進(jìn)的解決方案。 特別是針對(duì)行車安全方面有廣泛的應(yīng)用,包括圖像識(shí)別系統(tǒng)ADAS、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、制動(dòng)控制(ABS/ESC)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)等。其中,針對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS), 東芝提供的EPS控制器核心芯片組,已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外的主流EPS系統(tǒng)廠商所采用,用以開(kāi)發(fā)符合功能安全最高等級(jí)ASIL-D的EPS控制器。

EPS作為支持自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵部件之一,如何保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能安全就成為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。在遵循ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)之上,系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)及未來(lái)的線控轉(zhuǎn)向(SBW)設(shè)計(jì)都需要對(duì)控制器方案進(jìn)行更全面的考量。同時(shí),為應(yīng)對(duì)雙系統(tǒng)控制器、一體化機(jī)型對(duì)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(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的主要方向。

如下圖所示的EPS冗余控制系統(tǒng)的功能框圖所示,相比于傳統(tǒng)三相無(wú)刷BLDC控制方案

如上圖所示,新系統(tǒng)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(jī)柵極預(yù)驅(qū)動(dòng)器芯片)、SBC(系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片)及MOSFET(功率器件)。

東芝可以提供整套解決方案,特別是應(yīng)對(duì)功能安全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求,東芝推出的電機(jī)柵極預(yù)驅(qū)動(dòng)器芯片TB9081FG內(nèi)部的11通道預(yù)驅(qū)動(dòng)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(guān)鍵的主要功能,包括三相預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、故障安全繼電器預(yù)驅(qū)動(dòng)電路和電機(jī)電流檢測(cè)電路,以及各種故障檢測(cè)電路。該IC還融合了用于檢測(cè)故障檢測(cè)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(jìn)行了一系列功能安全分析,模擬各種系統(tǒng)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(shè)計(jì)。

除此之外,相比于傳統(tǒng)的EPS控制器,冗余設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所采用的MOSFET最多可達(dá)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(huì)非常大,成本也會(huì)大幅提高,這些都將無(wú)法滿足OEM的量產(chǎn)化要求。從而,東芝針對(duì)性的推出了兩款采用小型低阻抗SOP Advance (WF)封裝的新MOSFET產(chǎn)品—“TPHR7904PB”和“TPH1R104PB”,這兩款產(chǎn)品是汽車用40V N溝道功率MOSFET系列的最新產(chǎn)品。這兩款新MOSFET產(chǎn)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(dǎo)通電阻,最大導(dǎo)通電阻僅為0.79mΩ,因此有助于降低導(dǎo)通損耗。與東芝上一代設(shè)計(jì)(U-MOS IV)相比,U-MOS IX-H設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了更低的開(kāi)關(guān)噪聲,有助于降低EMI(電磁干擾)。SOP Advance (WF)封裝采用“可沾錫側(cè)翼”(Wettable Flank)端子結(jié)構(gòu),支持在焊接之后進(jìn)行自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI) ,該結(jié)構(gòu)可以大幅降低焊錫裂隙。

在此基礎(chǔ)上,東芝還率先推出了量產(chǎn)化的DSOP Advance(WF)封裝的MOSFET -“TPWR7904PB”和“TPW1R104PB”。其突出的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)高散熱性和低導(dǎo)通電阻特性。導(dǎo)通損耗所產(chǎn)生的熱量得到有效消散,因此散熱設(shè)計(jì)靈活性得到提高。此類產(chǎn)品的量產(chǎn),帶給大電流電機(jī)應(yīng)用客戶更多的散熱設(shè)計(jì)選擇。