如何选择汽车电子系统中的功率开关产品

出处:电子技术设计 发布于:2020-07-14 13:50:22

  汽车功率驱动涵盖的范围很宽,包含汽车电子的IC应用系统和功能元件。它们都有一个主要功能,即实现从几毫瓦到几千瓦电能的供应、变换或驱动。这些IC的工作范围和12V、24V和48V的汽车电气系统电压相适应。范围从简单的MOSFET到带有集成保护电路和诊断功能的高边、低边和桥式开关,以及线性电源调整IC和开关电源调整IC,一直到用于ABS和安全气囊等安全系统的高集成ASIC。汽车电子系统中的功率开关有高边驱动(HSD)、低边驱动(LSD)和桥式开关。

  在汽车控制器中,汽车功率IC主要用在前/后电机继电器、真空泵继电器、PTC继电器、电源总正继电器、电源总负继电器等处。到底是采用高边还是低边开关, 有一定的权衡和考虑。

  对汽车控制器系统中的汽车功率IC采用低边驱动,需要考虑以下细节内容:

  负载的正常电流有多大?电流是多少?

  负载是否为容性?如果是容性,冲击电流是多少?

  负载是否为感性?如果是感性,关断时的能量是多少?

  负载的控制方式是On/Off方式还是PWM?如果是PWM,频率和占空比是多少?

  负载的工作环境温度是多少?极限温度是多少?

  系统如果地线开路,对负载有何影响?

  需要功率IC的封装方式是SMT还是通孔方式?如果是SMT,有多大的面积连接到功率IC的散热片?如果是通孔方式,采用什么形状的散热器?

  负载是否需要诊断?如果需要,需要哪些诊断,过流、过压、过温还是短路等?

  负载是否有以下应用:反向电池电压、抛负载、过电压等等?

  对汽车控制器的系统中的汽车功率IC采用高边驱动,需要考虑以下细节内容:

  负载正常电流有多大?电流是多少?

  负载是否为容性?如果是容性,冲击电流是多少?

  负载是否为感性?如果是感性,关断时的能量是多少?

  负载的控制方式是On/Off方式还是PWM?如果是PWM,频率和占空比是多少?

  负载的工作环境温度是多少?极限温度是多少?

  需要功率IC的封装方式是SMT还是通孔方式?如果是SMT,有多大的面积连接到功率IC的散热片?如果是通孔方式,采用什么形状的散热器?

  负载是否需要诊断?如果需要,需要哪些诊断,过流、过压、过温还是短路等?

  负载是否有以下应用(反向电池电压、抛负载、过电压、等等)?

  以下给出了在采用高边驱动和低边驱动在驱动负载时的一些比较:

  1)导通电阻

  导通电阻有时候也译成通态电阻。在同样的条件下,NMOSFET的导通电阻比PMOSFET要小。这是因为电子的导通速度比空穴快,因而影响到导通电阻。因此,为了追求低导通电阻,在某些高边的驱动应用中,是用充电泵加上NMOSFET来完成PMOSFET作为高边的应用。付出的代价是价格变高,驱动电路也比低边驱动复杂。

  2) 采样电路

  对于高边驱动的保护,如果需要电流采样,必须用差分的配置才能实现;而对于低边驱动,采用单端配置就可以。由于采用差分电路的成本高于采用单端的成本,因此从这个意义上说,低边驱动比高边驱动具备成本优势。

  3) 线制的要求

  由于现在的汽车的多为负极搭铁,采用高边驱动给负载供电有一系列的好处。如果负载的一端直接接在底盘的地上,则只需要一根线给负载供电,这就节省了整车系统的成本。

  4) 失效对系统的影响

  这是依据系统的要求,选择哪种类型的负载。在飞机的负载失效类型中,如果负载失效,安全的方式是让负载继续运行下去;而对于汽车的负载应用,则正好相反。例如在发动机管理的控制单元中,控制油泵的开关就是高边驱动电路。这是因为在大多数的情况下,当驱动模块失效时,要关掉油泵,而高边驱动就能很好地满足这个要求。这种设计在发生车祸或系统失效时非常有利。

  表1对高边驱动和低边驱动进行了全面比较(“-”代表劣势项,“+”代表优势项)。

  如何选择汽车电子系统中的功率开关产品

  表1:高边驱动和低边驱动的全面比较(“-”代表劣势项,“+”代表优势项)。

  综上所述,无论是采用高边开关还是低边开关,都是各有优劣。终在汽车控制器中选用那种方式的驱动,还是要看在哪种场合应用,以及诊断类型和失效后所造成的影响。综合考虑后才能在整车控制器的驱动类型选择中做出折衷判断。



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