運用MOSFET實(shí)現完美安全系統

　　如果在車(chē)上電路系統組件之間，一旦發(fā)生了短路故障的情況，會(huì )使得MOSFET立即關(guān)閉，短路的電流會(huì )通過(guò)MOSFET周?chē)鷣?lái)進(jìn)行分流，很容易就能發(fā)現故障問(wèn)題的存在。不過(guò)，一旦電路系統的短路現象是屬于間歇性，或者負載為電感的情況下，電流停止時(shí)會(huì )在MOSFET上產(chǎn)生一個(gè)反激式電壓（Flyback），來(lái)加以判斷負載電感中的峰值電流是否高于正常工作時(shí)的峰值電流。因此，組件所吸收的能量會(huì )比原先預期的還要多，而多個(gè)間 歇性發(fā)生短路的情況，也會(huì )轉為連續而快速發(fā)生，進(jìn)而導致峰值結溫快速提高，容易對組件本身產(chǎn)生潛在性的破壞。

　　◎溫度過(guò)高也容易發(fā)生故障問(wèn)題

　　組件引腳的靜電放電（ESD）、線(xiàn)路瞬間電流，以及電感負載開(kāi)關(guān)產(chǎn)生壓力過(guò)高，另外就是過(guò)熱的問(wèn)題。在眾多設備中，一旦組件的溫度過(guò)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。就像電路系統的短路現象，容易使組件發(fā)生過(guò)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(chǎn)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(lái)加以監測，甚至是控制組件工作情況，一旦組件臨時(shí)發(fā)生故障，還能立即修復并恢復到正常功能，甚至能夠進(jìn)一步降低汽車(chē)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)監測及溫度感測、過(guò)電壓以及過(guò)電流斷電的保護等功能。

　　圖說(shuō)：汽車(chē)電子的輸出系統在一般情況下也需要對由短路或電機堵轉所造成的過(guò)電流現象進(jìn)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(dòng)功率小、熱穩定性?xún)?yōu)良的設計方式。（資料來(lái)源 ：http://www.physics.udel.edu）

　　如何在溫度過(guò)高的情況下達到自我保護作用

　　在一般的汽車(chē)上，所使用的過(guò)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(lái)加以實(shí)現。假設上述的這些組件監測到芯片結溫溫度超過(guò)當初所設定的數值，電路系統便會(huì )將具有主功率的MOSFET門(mén)極拉到接地，并在第一時(shí)間就關(guān)閉該組件，使其中的部份內置組件能暫停電流傳遞動(dòng)作，待芯片的溫度稍微下降到適當的溫度之后，才會(huì )導通電流至正常狀態(tài)。

　　當發(fā)生溫度過(guò)高的故障之后，有兩個(gè)主要問(wèn)題必須要解決。第一，當溫度限制開(kāi)關(guān)斷電路與電流限制電路一起協(xié)同運作時(shí)，有可能產(chǎn)生的高溫故障問(wèn)題。當電流產(chǎn)生限制電路時(shí)，將門(mén)極節點(diǎn)的電壓增加到閥值電壓的附近，同時(shí)迫使組件進(jìn)入工作模式的情況，并在不同的組件結構下，產(chǎn)生不同的參數值與分析的數據結果，如此便可保持電流限制的設定點(diǎn)隨時(shí)符合高電流及低功耗的特性，以滿(mǎn)足從機械形式進(jìn)展成機電形式的汽車(chē)電子系統。

　　對于采用熱滯后電路讓零件在過(guò)溫故障情況下循環(huán)導通和關(guān)閉的組件，結溫將穩定在滯后電路高低設定點(diǎn)之間的溫度。這與高溫可靠性測試類(lèi)似，都取決于組件在故障情況下的工作時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，當組件的可靠性下降變成一個(gè)受重視的問(wèn)題時(shí)，別指望在故障情況下該組件工作幾千小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間。

　　第二、當設備持續地進(jìn)行作動(dòng)，使組件的溫度過(guò)高有可能會(huì )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(guān)閉電感負載或變壓器負載的同時(shí)，其輸出的放大功率會(huì )因為頻率的不同，而產(chǎn)生差異與變化，此時(shí)的電路組件便會(huì )主動(dòng)吸收存儲在負載電感中的能量，這對于應用在汽車(chē)電子、電路系統的MOSFET標準組件系統來(lái)說(shuō)，是非常重要的。因為，一旦結溫超過(guò)內部所能承受的溫度，組件不再具有半導體特性，門(mén)極的控制動(dòng)作容易產(chǎn)生錯誤情況，除非漏極電源功率立即消失，否則當晶體管門(mén)極長(cháng)度縮短，會(huì )導致門(mén)限電壓（threshold voltage）因此而降低，進(jìn)而產(chǎn)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(mén)極輸入電壓對控制電路進(jìn)行偏置時(shí)，由于門(mén)極偏置為零，過(guò)溫限制電路處于無(wú)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(guò)最大額定值。另外，即使出現最高能量額定值，能量脈沖之間必須有足夠的時(shí)間讓結溫冷卻到初始結溫。否則，結溫在每個(gè)能量脈沖之后升高，最終達到內部故障溫度。

　　圖說(shuō)：汽車(chē)電路架構的未來(lái)將以42V PowerNet供電網(wǎng)絡(luò )和過(guò)渡性雙電壓網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行轉變的戰略，為電氣和電子系統架構提供了許多革新的機會(huì )。（資料來(lái)源：http:// www.qclt.com）

　　結論

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

　　車(chē)上的電流限制可以透過(guò)使用電阻、保險絲、開(kāi)關(guān)或MOSFET組件技術(shù)來(lái)加以實(shí)現。目前很少采用電阻保護方案，因為它會(huì )在正常電流狀態(tài)下產(chǎn)生過(guò)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(chǎn)生故障后予以更換。雙金屬開(kāi)關(guān)的局限性在于它存在反復接通，并有可能導致觸點(diǎn)熔連故障。在很多汽車(chē)應用中，最好的保護方案為MOSFET組件技術(shù)，這種組件在正常工作狀態(tài)下呈現低阻抗，而在產(chǎn)生故障時(shí)呈現高阻抗；如此一來(lái)，便能使汽車(chē)電力自我保護系統呈現最佳化的狀態(tài)。