汽車(chē)瞬態(tài)保護至關(guān)重要

向更高電壓的TVS元件過(guò)渡，同時(shí)結合扁平引腳低厚度的元件封裝形式，對于在汽車(chē)應用中解決存在的電壓瞬態(tài)有著(zhù)諸多意義。它們必須結合所有必要的特性，以確保集成電路能夠承受汽車(chē)內部存在的嚴格應用環(huán)境，同時(shí)還可以幫助汽車(chē)制造商節省空間、減輕重量，且不會(huì )導致更大的散熱問(wèn)題。

越來(lái)越多的電子電路正被集成到新的車(chē)型中，而在日趨擁擠、復雜的電氣環(huán)境中，模擬與數字電路布設的位置非常接近，管理電壓瞬態(tài)變得比以往更加關(guān)鍵。如果想要實(shí)現車(chē)輛的舒適性、安全性，以及車(chē)載娛樂(lè )系統的可靠性，就需要運用創(chuàng )新的技術(shù)及策略，以確?？梢詫λ矐B(tài)事件提供最高程度的保護。

確保集成電路可靠的壽命是關(guān)鍵

近20年來(lái)，汽車(chē)中的半導體數量幾乎以指數速度增加，而眾多的敏感集成電路(IC)，如：微控制器(MCU)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)及現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FAPGA)等，需要予以保護，以防止瞬態(tài)事件可能造成的損傷。如今，一輛普通的汽車(chē)中包含50多個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)元件，而高檔豪華車(chē)型中的數量還會(huì )高出許多(通常多達2倍)。而TVS元件在兩個(gè)領(lǐng)域中至關(guān)重要：第一是座艙電子，如信息娛樂(lè )系統及舒適系統，涉及到小信號;第二就是處理源自電動(dòng)機、螺線(xiàn)管等頻繁開(kāi)關(guān)源的較大瞬態(tài)。

保護免受瞬態(tài)事件影響的首要目標是：確保車(chē)載電子電路長(cháng)期穩定、可靠的工作壽命。這表示我們需要降低進(jìn)行維修的頻率。不僅如此，它還可幫助制造商降低因某個(gè)車(chē)型的系統故障造成整車(chē)召回的風(fēng)險。汽車(chē)系統故障可能暴露在各種不同的現象中，其中就包括大電壓尖峰、負載開(kāi)關(guān)瞬態(tài)或某些情況下負載突發(fā)放電狀況。

面臨巨大挑戰

ISO7637-2標準定義了專(zhuān)門(mén)跟汽車(chē)領(lǐng)域相關(guān)的瞬態(tài)脈沖，它涉及所有采用12V(用于乘用車(chē))或24V(用于商用車(chē))電氣系統供電的車(chē)輛，規定了實(shí)現該標準必須遵從的測試方法及流程。值得一提的是，某些汽車(chē)制造商在實(shí)現標準以及采用的脈沖類(lèi)型方面有其不同的版本。不僅是汽車(chē)系統正變得更加復雜，下一代半導體技術(shù)——采用更小工藝節點(diǎn)的IC更易于受到瞬態(tài)效應的影響，因而需要更有效的保護。此外，汽車(chē)制造商在尋求實(shí)現減輕汽車(chē)重量的系統解決方案，這也意味著(zhù)汽車(chē)行業(yè)在整體上需要更小封裝尺寸及更薄的元器件。因此，元器件供應商必須生產(chǎn)保護功能更強但外形因數也更小的TVS元件。

實(shí)現可靠的封裝性能

當前，用于汽車(chē)的TVS元件通常傾向于采用SMA、SMB形式的封裝。雖然其數量存在穩步增長(cháng)的趨勢，但元件尺寸卻在不斷減小。通常情況下，如果要使保護元件完全發(fā)揮作用，不管尺寸大小，都必須維持在600W的額定功率。此外，汽車(chē)制造商還要求降低鉗位電壓以減小瞬態(tài)事件存在導致的應力分布不均現象。如今，供應商開(kāi)始轉向SMA-Flat及SOD-123FL形式的封裝。

SOD-123FL充分滿(mǎn)足汽車(chē)制造商的需求，顯著(zhù)縮小封裝的占位面積，且占用更小的印制電路板(PCB)面積。但散熱性能會(huì )降低(因為耗散瞬態(tài)能量的面積減小了)，裸片尺寸大幅減小(隨著(zhù)ASIC幾何尺寸轉向28nm或22nm，需要將峰值電壓抑制到更低的水平，因為硅片更易受到影響)。如果重新設計系統以降低功率等級，則會(huì )增加開(kāi)發(fā)成本，延長(cháng)上市時(shí)間。相比而言，SMAT-Flat是一種更有吸引力的選擇，其封裝比SMA及SMB元件擁有關(guān)鍵的優(yōu)勢，不僅減小了總體尺寸，還能夠耗散跟SMB元件相當的功率(能比SMA元件耗散更多功率)。由于它的裸片尺寸能跟當前使用的TVS封裝形式相當，因此就省去了重新設計的高昂成本。散熱性能得到了維持，但也達到了最大封裝占位面積。

必須要注意的是，當滿(mǎn)足設計的總功率要求時(shí)，越來(lái)越多的情況下，不僅需要考慮電壓范圍，還要考慮電流消耗對總能耗的影響。一種尋求指定TVS元件峰值功率耗散能力的方法，就是通過(guò)預定義脈沖。它能夠將10×1000μs非重復脈沖用于降低功率耗散——這通常表示上升時(shí)間為10μs、到達峰值電流一半值的時(shí)間為1000μs的波形(見(jiàn)圖所示)。器件的數據表上通常易于找到這樣的波形。針對市場(chǎng)上正在推出的SMA-Flat封裝元件，它們能夠提供相同的功率耗散等級。

未來(lái)潛力巨大

未來(lái)，預期純電動(dòng)汽車(chē)(EV)及混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)領(lǐng)域的增長(cháng)將為電壓瞬態(tài)保護帶來(lái)新的挑戰。這不僅體現在這些車(chē)輛本身，而且體現在配合EV及HEV的基礎設施方面。如果汽車(chē)行業(yè)最終確實(shí)發(fā)展到使用48V電源，預計更多的障礙還會(huì )涌現。雖然48V電源的應用還有很長(cháng)的路需要走，但HEV中起停系統及內燃發(fā)動(dòng)機汽車(chē)中的制動(dòng)能量回收系統的開(kāi)發(fā)確實(shí)取得了比預想更快的進(jìn)步。由于使用了更高電壓，保護電路的總功率需要增加，瞬態(tài)事件的頻率及類(lèi)型會(huì )發(fā)生變化。

向更高電壓的TVS元件過(guò)渡，同時(shí)結合扁平引腳低厚度的元件封裝形式，對于在汽車(chē)應用中解決存在的電壓瞬態(tài)有著(zhù)諸多意義。它們必須結合所有必要的特性，以確保集成電路能夠承受汽車(chē)內部存在的嚴格應用環(huán)境，同時(shí)還可以幫助汽車(chē)制造商節省空間、減輕重量，且不會(huì )導致更大的散熱問(wèn)題。