運用MOSFET實現(xiàn)完美安全系統(tǒng)

　　如果在車上電路系統(tǒng)組件之間，一旦發(fā)生了短路故障的情況，會使得MOSFET立即關閉，短路的電流會通過MOSFET周圍來進行分流，很容易就能發(fā)現(xiàn)故障問題的存在。不過，一旦電路系統(tǒng)的短路現(xiàn)象是屬于間歇性，或者負載為電感的情況下，電流停止時會在MOSFET上產生一個反激式電壓（Flyback），來加以判斷負載電感中的峰值電流是否高于正常工作時的峰值電流。因此，組件所吸收的能量會比原先預期的還要多，而多個間 歇性發(fā)生短路的情況，也會轉為連續(xù)而快速發(fā)生，進而導致峰值結溫快速提高，容易對組件本身產生潛在性的破壞。

　　◎溫度過高也容易發(fā)生故障問題

　　組件引腳的靜電放電（ESD）、線路瞬間電流，以及電感負載開關產生壓力過高，另外就是過熱的問題。在眾多設備中，一旦組件的溫度過熱就容易導致故障的發(fā)生，甚至是引起其它組件發(fā)生故障。就像電路系統(tǒng)的短路現(xiàn)象，容易使組件發(fā)生過高的功耗，或者是在極冷、極熱的環(huán)境條件下，使組件的散熱設備或電路板間的焊錫產生失效情況。在這么多可能導致故障的情況下，具自我保護MOSFET組件的控制電路，則是在一種安全模式來加以監(jiān)測，甚至是控制組件工作情況，一旦組件臨時發(fā)生故障，還能立即修復并恢復到正常功能，甚至能夠進一步降低汽車上的控制組件的體積尺寸，還具有提高可靠性，而在傳感器方面則具有自我故障診斷、工作狀態(tài)監(jiān)測及溫度感測、過電壓以及過電流斷電的保護等功能。

　　圖說：汽車電子的輸出系統(tǒng)在一般情況下也需要對由短路或電機堵轉所造成的過電流現(xiàn)象進行自我保護，因此，MOSFET在設計上，采取高頻率性能、輸入阻抗高、 驅動功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的設計方式。（資料來源 ：http://www.physics.udel.edu）

　　如何在溫度過高的情況下達到自我保護作用

　　在一般的汽車上，所使用的過溫保護組件，是利用對溫度較為敏感的組件，如：二極管的偏壓來加以實現(xiàn)。假設上述的這些組件監(jiān)測到芯片結溫溫度超過當初所設定的數(shù)值，電路系統(tǒng)便會將具有主功率的MOSFET門極拉到接地，并在第一時間就關閉該組件，使其中的部份內置組件能暫停電流傳遞動作，待芯片的溫度稍微下降到適當?shù)臏囟戎?，才會導通電流至正常狀態(tài)。

　　當發(fā)生溫度過高的故障之后，有兩個主要問題必須要解決。第一，當溫度限制開關斷電路與電流限制電路一起協(xié)同運作時，有可能產生的高溫故障問題。當電流產生限制電路時，將門極節(jié)點的電壓增加到閥值電壓的附近，同時迫使組件進入工作模式的情況，并在不同的組件結構下，產生不同的參數(shù)值與分析的數(shù)據(jù)結果，如此便可保持電流限制的設定點隨時符合高電流及低功耗的特性，以滿足從機械形式進展成機電形式的汽車電子系統(tǒng)。

　　對于采用熱滯后電路讓零件在過溫故障情況下循環(huán)導通和關閉的組件，結溫將穩(wěn)定在滯后電路高低設定點之間的溫度。這與高溫可靠性測試類似，都取決于組件在故障情況下的工作時間。一般來說，當組件的可靠性下降變成一個受重視的問題時，別指望在故障情況下該組件工作幾千小時或更長時間。

　　第二、當設備持續(xù)地進行作動，使組件的溫度過高有可能會導致自我保護作用失效，發(fā)生組件故障的可能情況。這是因為關閉電感負載或變壓器負載的同時，其輸出的放大功率會因為頻率的不同，而產生差異與變化，此時的電路組件便會主動吸收存儲在負載電感中的能量，這對于應用在汽車電子、電路系統(tǒng)的MOSFET標準組件系統(tǒng)來說，是非常重要的。因為，一旦結溫超過內部所能承受的溫度，組件不再具有半導體特性，門極的控制動作容易產生錯誤情況，除非漏極電源功率立即消失，否則當晶體管門極長度縮短，會導致門限電壓（threshold voltage）因此而降低，進而產生短通道效應（short-channel effect），將使得設備的電路組件受到破壞。

　　自保護的MOSFET可能遭受同樣的情況，因為當門極輸入電壓對控制電路進行偏置時，由于門極偏置為零，過溫限制電路處于無效狀態(tài)。在正常工作和最壞的故障情況下(如器件間歇性短路的情況)，電路設計人員必須確保器件吸收的能量不超過最大額定值。另外，即使出現(xiàn)最高能量額定值，能量脈沖之間必須有足夠的時間讓結溫冷卻到初始結溫。否則，結溫在每個能量脈沖之后升高，最終達到內部故障溫度。

　　圖說：汽車電路架構的未來將以42V PowerNet供電網絡和過渡性雙電壓網絡進行轉變的戰(zhàn)略，為電氣和電子系統(tǒng)架構提供了許多革新的機會。（資料來源：http:// www.qclt.com）

　　結論

　　最后，微機電的發(fā)展對汽車電力、電子設備的控制系統(tǒng)、故障自我偵測、訊號處理等，也是具有時代性的重要象征，而在電源接口也需要具有過電流的自我保護功能，展現(xiàn)目前汽車電子產業(yè)體系所導入的電源標準，并針對汽車電源的部分進行自我保護，以防止各種類型的故障發(fā)生，如：接觸不良的電纜或接頭插入到商品時，產生短路或造成車上其它電子設備的損壞。由此可見，未來微機電在汽車上的應用還會持續(xù)的發(fā)展，包括：微電子技術、電力技術等運用到汽車上的電力、電子組件中，才能開發(fā)出更多且適合用在汽車上的電力、電子組件自我保護系統(tǒng)。

　　車上的電流限制可以透過使用電阻、保險絲、開關或MOSFET組件技術來加以實現(xiàn)。目前很少采用電阻保護方案，因為它會在正常電流狀態(tài)下產生過大的電壓降。有可能采用一次性保險絲方 案，但是這種保護易于損壞，而且必須在產生故障后予以更換。雙金屬開關的局限性在于它存在反復接通，并有可能導致觸點熔連故障。在很多汽車應用中，最好的保護方案為MOSFET組件技術，這種組件在正常工作狀態(tài)下呈現(xiàn)低阻抗，而在產生故障時呈現(xiàn)高阻抗；如此一來，便能使汽車電力自我保護系統(tǒng)呈現(xiàn)最佳化的狀態(tài)。