車(chē)用智能功率器件重塑次級市場(chǎng)

車(chē)用電子行業(yè)已成為智能低電壓負載控制的驅動(dòng)力。 隨著(zhù)機動(dòng)車(chē)的標準電氣系統用智能自保護器件代替保險絲和分立式元件，它們在其他市場(chǎng)上已得到廣泛應用。應用于消費電子類(lèi)產(chǎn)品的智能功率器件，性?xún)r(jià)比更高、容錯性能更好、適用性更強、可靠性更高。這個(gè)正在擴展的市場(chǎng)對標準化器件具有獨特的需求，半導體供應商非常樂(lè )意將這些標準化器件納入到他們的商業(yè)計劃中。

市場(chǎng)背景

在如今的汽車(chē)配電和電氣控制系統中，智能高邊開(kāi)關(guān)已是標準構建模塊。具備診斷功能的中高電流器件幾乎消除了汽車(chē)負載管理中所使用的保險絲和可重置斷路器。

在配電系統中，單個(gè)電路和相關(guān)配線(xiàn)受到智能高邊開(kāi)關(guān)的保護。在車(chē)體、照明和傳動(dòng)系統中，各個(gè)負載利用智能器件驅動(dòng)，這些器件可能包括通過(guò)電流檢測提供的診斷、帶狀態(tài)反饋的固定參數診斷以及/或者自我保護特性。自治式自我保護幾乎已經(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。針對普通車(chē)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)仍然廣泛應用于許多汽車(chē)配電中心的選擇負載，但是數量較少。為了盡可能降低汽車(chē)系統的I/O要求，新型智能功率器件選擇包括串行總線(xiàn)接口、多通道輸出和軟限制可編程性。

然而，OEM架構特定的部件可能具有未知的產(chǎn)品生命周期、潛在的強制性設計更改，或者成為導致無(wú)法預見(jiàn)的重新設計的EOL。多通道器件中軟功能的集成度越高，則設計的優(yōu)化程度也越高。然而，更好服務(wù)于次級市場(chǎng)的是由多個(gè)來(lái)源提供且軟件復雜性最低的標準化器件。

使用標準化智能功率器件的二級制造商對這些器件具有最高可靠性是能夠抱有期望的，因為這些器件完全符合AECQ101標準，其成本仍由多個(gè)市場(chǎng)的全球高銷(xiāo)量驅動(dòng)。

高邊開(kāi)關(guān)

高邊開(kāi)關(guān)是最常見(jiàn)的器件。它們代替傳統的保險絲來(lái)保護線(xiàn)路，同時(shí)代替繼電器或硅負載開(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)中供應商的具有相似功能的寬范圍負載電流：

(1)高負載電流——要求預驅動(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功能，可在反向負載條件下保護MOSFET。

圖1 Vbb參考接口(FDDS10H04)

圖2 邏輯電平接口框圖(FDDS100H06)

(2)低負載電流——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250Hz照明的PWM。這些類(lèi)型的器件旨在在驅動(dòng)控制電磁閥等電感負載時(shí)，提供箝位以實(shí)現能量的快速衰減。

直流電機驅動(dòng)

對于直流電機負載，采用普通尺寸和封裝的P/N半橋器件可從多家供應商處獲得。對于可變的高電流電機控制，P/N半橋提供自保護功能、負載電流監控以及更高頻率的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功能：

• 短路保護

• 限流

• 熱關(guān)斷

• 過(guò)壓保護和負載突降兼容性

• 帶滯后功能的欠壓

• ESD保護

應用

高邊智能開(kāi)關(guān)是照明中最常用的器件。在12V系統中，典型插入式保險絲的電流范圍為3A至30A。隨著(zhù)智能功率器件的出現，外加單個(gè)電路的診斷功能，照明負載往往是每個(gè)電路中較低的電流，這樣就能實(shí)現更多單個(gè)電路的診斷。由于標志燈和位置燈演變成主要基于LED，因此負載電流進(jìn)一步下降。

對于次級市場(chǎng)，這通常導致控制器系列具有可變數量的標準化輸出，其編程或調節能按照特定的產(chǎn)品配置來(lái)進(jìn)行。在應急車(chē)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，可能還對各類(lèi)泵、雨刮器或風(fēng)扇的直流電機的輔助電源或控制器件有需求。

圖4顯示的是通用負載控制器框圖，它可根據不同應用和市場(chǎng)進(jìn)行縮放。有四種由通用輸出定義的基本負載系列;其中有三種用于標準負載，例如照明或供電，而剩下的那一種則用于調速直流電機：

圖3 P/N半橋框圖