用于汽车负载应用的上桥 SmartFET 驱动器

2022年08月24日

作者：安森美应用工程师Kevin Toth

上桥 SmartFET 因其易于使用和高水平的保护而越来越受欢迎。与标准 MOSFET 一样，SmartFET 非常适合各种汽车应用。它们的区别在于内置在上桥 SmartFET 器件中的控制电路。控制电路持续监控输出电流和器件温度，同时针对电压瞬变和其他意外应用条件提供被动保护。这种主动和被动保护功能的结合确保了稳定可靠的应用方案，延长了器件本身及其所保护的应用负载的使用寿命。
安森美(onsemi)现在提供从 45 mΩ到 160 mΩ的上桥 SmartFET系列。这些器件是受保护的单通道上桥驱动器，可切换各种负载，如灯泡、螺线管和其他执行器。如表 1 所示，器件名称表示 SmartFET 在 25°C 时的典型 RDSon。下面列出了完整的产品系列：

表1：安森美完整的上桥SmartFET系列

安森美的该系列器件采用SO8封装，小占位，同时提供高功率。45 mΩ至140 mΩ器件的系列引脚布局为设计人员提供了便利，允许一个引脚布局用于各种应用负载。根据特定应用所需的电流水平，只需将一个器件切换到另一个。这些器件驱动12 V汽车接地负载，并提供保护和诊断功能。该系列器件集成了先进的保护功能，如主动浪涌电流管理、带自动重启的过温关断和主动过压钳位。一个专用的电流检测引脚对输出进行精确的模拟电流监测，并对电池短路、接地短路以及ON和OFF状态的开路负载检测进行故障指示。所有诊断和电流检测功能都由一个主动大电流检测禁用引脚（仅NCV84160）或一个主动大电流检测使能引脚（该系列的所有其他器件）来禁用或启用。

对上桥 SmartFET 的“最终要求”是切换负载，市场上为此提供了不同的替代方案。例如，继电器已在行业中使用了很长时间，用于切换各种汽车负载，尤其是那些需要大电流激活的负载。随着汽车零部件和组件的重量和尺寸不断减小，已从继电器过渡到半导体开关，占位更小，抗噪能力更强，电磁干扰更低。

上桥SmartFET 已成为汽车市场的主流 SmartFET 配置，取代了通常更简单的下桥SmartFET。图 1 所示是上桥与下桥 SmartFET 配置的示例。上桥 SmartFET 的负载始终接地，通过切换连接到电源，而下桥 SmartFET 的负载始终连接到电源，通过切换接地。SmartFET 通常安装在控制单元或 ECU 内。负载线是连接负载和 ECU 上针式连接器的电缆长度。根据负载类型及其在车辆中的位置，该负载线可能很长，从而增加了底盘接地短路的可能性，这可能对下桥SmartFET 配置中的负载造成严重压力。

图1：应用中的上桥开关对比下桥开关

下面的图 2 显示了安森美的 NCV84xxx 上桥SmartFET系列的顶层框图和引脚布局。请注意，上桥 SmartFET 实际上是个 NMOS FET，由一个稳压电荷泵，将栅极电压拉高到足以驱动负载的水平。

输入 (IN) 引脚是个逻辑电平引脚，用于打开和关断控制逻辑/电荷泵以使 FET工作。电流检测使能 (CS_EN) 引脚启用和禁用电流检测功能。电流检测 (CS) 引脚将一定比例的负载电流检测反馈到微控制器以实时反馈。该引脚是多路复用的；它报告很容易与正常工作区分开来的模拟故障事件，从而使用户能实时检测输出电流或故障情况。电压 (VD) 引脚直接连接到电池或电源，OUT 引脚连接到负载。最后，接地 (GND) 引脚只是器件的 GND。