用于汽車(chē)負載應用的上橋 SmartFET 驅動(dòng)器

上橋 SmartFET 因其易于使用和高水平的保護而越來(lái)越受歡迎。與標準 MOSFET 一樣，SmartFET 非常適合各種汽車(chē)應用。它們的區別在于內置在上橋 SmartFET 器件中的控制電路?？刂齐娐烦掷m監控輸出電流和器件溫度，同時(shí)針對電壓瞬變和其他意外應用條件提供被動(dòng)保護。這種主動(dòng)和被動(dòng)保護功能的結合確保了穩定可靠的應用方案，延長(cháng)了器件本身及其所保護的應用負載的使用壽命。

安森美(onsemi)現在提供從 45 mΩ到 160 mΩ的上橋 SmartFET系列 。這些器件是受保護的單通道上橋驅動(dòng)器，可切換各種負載，如燈泡、螺線(xiàn)管和其他執行器。如表 1 所示，器件名稱(chēng)表示 SmartFET 在 25°C 時(shí)的典型 RDSon。下面列出了完整的產(chǎn)品系列：

表1：安森美完整的上橋SmartFET系列

安森美的該系列器件采用SO8封裝，小占位，同時(shí)提供高功率。45 mΩ至140 mΩ器件的系列引腳布局為設計人員提供了便利，允許一個(gè)引腳布局用于各種應用負載。根據特定應用所需的電流水平，只需將一個(gè)器件切換到另一個(gè)。這些器件驅動(dòng)12 V汽車(chē)接地負載，并提供保護和診斷功能。該系列器件集成了先進(jìn)的保護功能，如主動(dòng)浪涌電流管理、帶自動(dòng)重啟的過(guò)溫關(guān)斷和主動(dòng)過(guò)壓鉗位。一個(gè)專(zhuān)用的電流檢測引腳對輸出進(jìn)行精確的模擬電流監測，并對電池短路、接地短路以及ON和OFF狀態(tài)的開(kāi)路負載檢測進(jìn)行故障指示。所有診斷和電流檢測功能都由一個(gè)主動(dòng)大電流檢測禁用引腳（僅NCV84160）或一個(gè)主動(dòng)大電流檢測使能引腳（該系列的所有其他器件）來(lái)禁用或啟用。

對上橋 SmartFET 的“最終要求”是切換負載，市場(chǎng)上為此提供了不同的替代方案。例如，繼電器已在行業(yè)中使用了很長(cháng)時(shí)間，用于切換各種汽車(chē)負載，尤其是那些需要大電流激活的負載。隨著(zhù)汽車(chē)零部件和組件的重量和尺寸不斷減小，已從繼電器過(guò)渡到半導體開(kāi)關(guān)，占位更小，抗噪能力更強，電磁干擾更低。

上橋SmartFET 已成為汽車(chē)市場(chǎng)的主流 SmartFET 配置，取代了通常更簡(jiǎn)單的下橋SmartFET。圖 1 所示是上橋與下橋 SmartFET 配置的示例。上橋 SmartFET 的負載始終接地，通過(guò)切換連接到電源，而下橋 SmartFET 的負載始終連接到電源，通過(guò)切換接地。SmartFET 通常安裝在控制單元或 ECU 內。負載線(xiàn)是連接負載和 ECU 上針式連接器的電纜長(cháng)度。根據負載類(lèi)型及其在車(chē)輛中的位置，該負載線(xiàn)可能很長(cháng)，從而增加了底盤(pán)接地短路的可能性，這可能對下橋SmartFET 配置中的負載造成嚴重壓力。

圖1：應用中的上橋開(kāi)關(guān)對比下橋開(kāi)關(guān)

下面的圖 2 顯示了安森美的 NCV84xxx 上橋SmartFET系列的頂層框圖和引腳布局。請注意，上橋 SmartFET 實(shí)際上是個(gè) NMOS FET，由一個(gè)穩壓電荷泵，將柵極電壓拉高到足以驅動(dòng)負載的水平。

輸入 (IN) 引腳是個(gè)邏輯電平引腳，用于打開(kāi)和關(guān)斷控制邏輯/電荷泵以使 FET工作。電流檢測使能 (CS_EN) 引腳啟用和禁用電流檢測功能。電流檢測 (CS) 引腳將一定比例的負載電流檢測反饋到微控制器以實(shí)時(shí)反饋。該引腳是多路復用的；它報告很容易與正常工作區分開(kāi)來(lái)的模擬故障事件，從而使用戶(hù)能實(shí)時(shí)檢測輸出電流或故障情況。電壓 (VD) 引腳直接連接到電池或電源，OUT 引腳連接到負載。最后，接地 (GND) 引腳只是器件的 GND。

圖 2：NCV84xxx 的框圖和引腳布局

NCV84xxx SmartFET 系列器件提供以下保護功能：

● 過(guò)壓保護保護整個(gè)器件，在電壓>41V時(shí)，箝制VD-GND。

● 欠壓保護，在電池電壓低的情況下，關(guān)斷器件并等待電池電壓升高到足以使穩壓電荷泵工作以正常運行 FET。

● 限電流（參見(jiàn)下面的圖 3）在發(fā)生短路或浪涌事件時(shí)限制電流以防止損壞。電流將一直受到限制，直到器件的內部芯片溫度超過(guò)過(guò)溫點(diǎn)，并且會(huì )自行關(guān)斷以提供保護，直到它充分冷卻為止。此功能非常適合驅動(dòng)需要高初始浪涌電流的燈泡負載，并且還限制了高功率和溫度波動(dòng)對芯片的應力量。

● 具有自動(dòng)重啟功能的過(guò)溫和電源保護防止器件因高功耗和過(guò)高的環(huán)境溫度升高而過(guò)熱。如果激活過(guò)溫保護，器件將自行關(guān)斷，直到它充分冷卻并自動(dòng)重試，假設輸入為“高”。

● 關(guān)機狀態(tài)開(kāi)路負載檢測在輸入“高”之前提醒微控制器，與負載的連接已在關(guān)機狀態(tài)下丟失。

● 電感式負載開(kāi)關(guān)的輸出鉗位，在電感放電期間，輸出鉗位將安全地導通 FET 以處理電感放電電流。

圖 3：在接地短路/過(guò)載期間 TJ 如何發(fā)展