車用MOSFET如何提高能量利用效率與質(zhì)量可靠性(2)

　　突出顯示的元件組成一個特性板，可以將其中的功能集成到MOSFET中。這些元件從右上角開始按順時針方向為：溫度感應(yīng)二極管、電流傳感器、鉗位二極管（內(nèi)部二極管，未顯示）和門電阻器。通過加入鉗位二極管和門電阻器眾所周知的保護特性，可以保護對電壓敏感的柵氧化層免受危險電場的破壞。

　　為在過高的溫度環(huán)境下保護器件，飛利浦在芯片表面集成了溫度感應(yīng)二極管。這樣集成的理由是：只有直接測量結(jié)溫方可確保及時檢測到會導(dǎo)致危險的高的門電路溫度。為準確測量電流，可以將電流傳感器集成到場效應(yīng)晶體管（FET）中。這樣，就不再需要低阻抗分流電阻器了。

　　溫度感應(yīng)

　　直接測量芯片溫度的常規(guī)解決方案是增加一個比較器和若干無源元件。但是，隨著設(shè)計的日益完善，出現(xiàn)了更好的解決方案。TrenchPLUS使用微控制器取代了比較器和無源元件。

　　由于準確度對MOSFET的溫度測量至關(guān)重要，所以，我們就從該角度來說明此解決方案。理論上，溫度傳感器的準確度取決于以下三個因素：

　　正向電壓Vf的誤差；

　　溫度系數(shù)值Sf的誤差；

　　基準電壓Vfref的選擇。

　　圖2更清楚地顯示了這三個因素的影響。

　　圖2：Ttrip隨著Vf、Sf的變化而變化

　　從圖中可以觀察到Vf的內(nèi)在變化給Ttrip增加了固定的偏移量。Sf的變化通過斜率的變化來表示。

　　溫度系數(shù)太小可能導(dǎo)致器件在溫度超過其最高工作溫度時仍在工作，從而損害器件的壽命。反之，溫度系數(shù)太高將導(dǎo)致在溫度低于Ttrip時出現(xiàn)討厭的錯誤關(guān)斷。這兩個因素都對采取的保護策略有影響。

　　為了計算總誤差，應(yīng)該將Vf和Sf的誤差求和。請注意，如果測量Vf.的室溫值，則器件的準確度將會翻一倍?？梢酝ㄟ^調(diào)整Vfref來消除Vf的誤差，從而只剩下與斜率相關(guān)的誤差。可以用于實現(xiàn)此目的的最精確的技術(shù)就是獲得每個器件的特性，但這對大多數(shù)產(chǎn)品線來說都不現(xiàn)實。

　　電流感應(yīng)

　　無需使用低于1歐姆的精密功率電阻測量MOSFET內(nèi)部電流的現(xiàn)實方法就是電流感應(yīng)。即使低于1歐姆的分流電阻器也會產(chǎn)生大量的熱損耗，影響到能量效率和整個系統(tǒng)的熱平衡。

　　在電流感應(yīng)中，將MOSFET單元的一小部分用于電流測量。由于器件中的所有單元都完全相同并且漏電流在這些單元之間平均分配，因此，可以通過測量一小部分單元的電流，再乘以已知的比例系數(shù)來計算總的漏電流。

　　飛利浦的7腳D2PAK用于將溫度感應(yīng)元件和電流感應(yīng)元件連接起來。從主FET器件流向感應(yīng)FET器件的電流比例稱為“感應(yīng)比例”（用n表示）。通過將測量終端和源終端保持在相同電壓來定義此參數(shù)。例如，在飛利浦的TrenchPLUS器件中，此比例標稱值為550?？梢愿拇吮壤苑峡蛻舻木唧w要求。為了獲得最高的準確度，包括有些設(shè)計人員在內(nèi)，都會采用虛擬接地法而不是感應(yīng)電阻法。但是，對于汽車應(yīng)用而言，感應(yīng)電阻法提供的解決方案成本更低，因此更適合汽車應(yīng)用的要求。

　　感應(yīng)電阻法

　　如上所述，可以在感應(yīng)輸出和開爾文源之間連接感應(yīng)電阻器Rs，以便精確地測量電流。此方法提供簡單的電流到電壓的轉(zhuǎn)換，而且該轉(zhuǎn)換值可直接由微控制器的模數(shù)輸入讀取。