用于汽車負(fù)載應(yīng)用的高側(cè)SmartFET驅(qū)動(dòng)器

高端 SmartFET 因其易用性和高水平的保護(hù)而越來(lái)越受歡迎。與標(biāo)準(zhǔn) MOSFET 一樣，SmartFET 非常適合各種汽車應(yīng)用。將它們分開的是內(nèi)置在高端 SmartFET 器件中的控制電路?？刂齐娐烦掷m(xù)監(jiān)控輸出電流和器件溫度，同時(shí)針對(duì)電壓瞬變和其他意外應(yīng)用條件提供被動(dòng)保護(hù)。這種主動(dòng)和被動(dòng)保護(hù)功能的組合確保了強(qiáng)大的應(yīng)用解決方案，延長(zhǎng)了設(shè)備本身和它所保護(hù)的應(yīng)用負(fù)載的使用壽命。

onsemi現(xiàn)在提供一系列從 45 mΩ 到 160 mΩ的高端 SmartFET 。這些器件是受保護(hù)的單通道高側(cè)驅(qū)動(dòng)器，可以切換各種負(fù)載，例如燈泡、螺線管和其他執(zhí)行器。如表 1 所示，器件名稱表示 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. onsemi高側(cè) SmartFET的完整系列

半的器件系列采用 SO8 封裝，在提供高功率的同時(shí)提供小尺寸。45 mΩ 至 140 mΩ 器件的系列引腳排列為設(shè)計(jì)人員提供了便利，允許一個(gè)引腳排列用于各種應(yīng)用負(fù)載用途。根據(jù)給定應(yīng)用所需的電流水平，只需將一個(gè)設(shè)備切換到另一個(gè)設(shè)備即可。這些器件驅(qū)動(dòng) 12 V 汽車接地負(fù)載并提供保護(hù)和診斷功能。該系列器件集成了先進(jìn)的保護(hù)功能，例如主動(dòng)浪涌電流管理、具有自動(dòng)重啟功能的過(guò)熱關(guān)斷和主動(dòng)過(guò)壓鉗位。專用電流檢測(cè)引腳提供精確的模擬電流監(jiān)控輸出和電池短路、接地短路以及開和關(guān)狀態(tài)開路負(fù)載檢測(cè)的故障指示。僅限 NCV84160）或高電平有效電流檢測(cè)使能引腳（該系列中的所有其他器件）。

高端 SmartFET 的“最終要求”是切換負(fù)載，市場(chǎng)上為此提供了不同的替代方案。例如，繼電器長(zhǎng)期以來(lái)一直在工業(yè)中用于切換各種汽車負(fù)載，尤其是那些需要大電流激活的負(fù)載。隨著汽車零部件和組件的重量和尺寸不斷減小，從繼電器向半導(dǎo)體開關(guān)的轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始，與繼電器相比，這種開關(guān)占用的面積更小，抗噪能力更強(qiáng)，電磁干擾更低。

高端 SmartFET 已成為汽車市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位的 SmartFET 配置，取代了通常更簡(jiǎn)單的低端 SmartFET。圖 1 顯示了高側(cè)與低側(cè) SmartFET 配置的示例。雖然高側(cè) SmartFET 的負(fù)載始終通過(guò)與電源的開關(guān)連接連接到地，但低側(cè) SmartFET 的負(fù)載始終通過(guò)與 GND 的開關(guān)連接連接到電源。SmartFET 通常安裝在控制單元或 ECU 內(nèi)。負(fù)載線是將負(fù)載連接到 ECU 上的針式連接器的電纜長(zhǎng)度。根據(jù)負(fù)載類型及其在車輛中的位置，該負(fù)載線可能屬于該負(fù)載線，從而增加了對(duì)底盤接地短路的可能性，這可能對(duì)低側(cè) SmartFET 配置中的負(fù)載造成嚴(yán)重壓力。

圖 1. 應(yīng)用中的高邊與低邊開關(guān)

下面的圖 2 顯示了 onsemi 的 NCV84xxx 高側(cè)SmartFET系列的頂層框圖和引腳配置。請(qǐng)注意，實(shí)際上，高端 SmartFET 是一個(gè) NMOS FET，具有穩(wěn)壓電荷泵將柵極電壓拉高到足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載的水平。

輸入 （IN） 引腳是一個(gè)邏輯電平引腳，可打開和關(guān)閉控制邏輯/電荷泵以操作 FET。電流感應(yīng)使能 （CS_EN） 引腳啟用和禁用電流感應(yīng)功能。電流感應(yīng) （CS） 引腳允許將比例負(fù)載電流感應(yīng)反饋到微控制器以進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。該引腳是多路復(fù)用的；它報(bào)告模擬故障事件，這些事件很容易與正常操作區(qū)分開來(lái)，使用戶能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)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(fù)載。最后，接地 （GND） 引腳就是設(shè)備 GND。

圖 2. NCV84xxx 的框圖和引腳配置

NCV84xxx SmartFET 系列器件提供以下保護(hù)功能：

過(guò)壓保護(hù)保護(hù)整個(gè)器件鉗位電壓 》 41 V 的 VD-GND

在電池電壓低的情況下，欠壓保護(hù)會(huì)關(guān)閉設(shè)備并等待電池電壓升高到足以操作穩(wěn)壓電荷泵以正常運(yùn)行 FET。

電流限制（參見下面的圖 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(nèi)部管芯溫度超過(guò)過(guò)溫點(diǎn)，并且會(huì)自行關(guān)閉以提供保護(hù)，直到其充分冷卻為止。此功能非常適合驅(qū)動(dòng)需要高初始浪涌電流的燈泡負(fù)載，并且還限制了高功率和溫度波動(dòng)對(duì)芯片的應(yīng)力量。

具有自動(dòng)重啟功能的過(guò)熱和電源保護(hù)可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)熱保護(hù)，設(shè)備將自行關(guān)閉，直到它足夠冷卻并自動(dòng)重試，假設(shè)輸入為“高”。

關(guān)斷狀態(tài)開路負(fù)載檢測(cè)會(huì)在輸入“高”之前提醒微控制器在關(guān)斷狀態(tài)下與負(fù)載的連接已丟失。

在感應(yīng)放電事件期間用于感應(yīng)負(fù)載開關(guān)的輸出鉗位，輸出鉗位將安全地打開 FET 以處理感應(yīng)放電電流。

圖 3. 在對(duì) GND 短路/過(guò)載期間 TJ 如何發(fā)展

審核編輯：郭婷