【導(dǎo)讀】汽車(chē)市場(chǎng)正在轉(zhuǎn)向區(qū)域控制器架構(gòu)的趨勢(shì)方向，而汽車(chē)區(qū)域控制器架構(gòu)正朝著分布式、集成化、智能化的方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)處理、功能整合與自動(dòng)駕駛支持。基于區(qū)域控制器架構(gòu)帶來(lái)很多設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)，例如SmartFET正越來(lái)越多替代傳統(tǒng)的MOSFET器件。
汽車(chē)市場(chǎng)正在轉(zhuǎn)向區(qū)域控制器架構(gòu)的趨勢(shì)方向，而汽車(chē)區(qū)域控制器架構(gòu)正朝著分布式、集成化、智能化的方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)處理、功能整合與自動(dòng)駕駛支持。基于區(qū)域控制器架構(gòu)帶來(lái)很多設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)，例如SmartFET正越來(lái)越多替代傳統(tǒng)的MOSFET器件。
SmartFET是一種集成了智能控制和保護(hù)功能的功率MOSFET器件，今天已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)功率開(kāi)關(guān)元件的基礎(chǔ)上，SmartFET增加了諸如過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓保護(hù)以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷等功能。通過(guò)集成電流檢測(cè)、溫度補(bǔ)償以及自適應(yīng)開(kāi)關(guān)控制技術(shù)，SmartFET能夠根據(jù)實(shí)際工作條件自動(dòng)調(diào)整其行為，防止出現(xiàn)潛在故障，并且簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，減少了外部組件需求。
例如，在汽車(chē)電子領(lǐng)域，安森美（onsemi）提供的高邊SmartFET不僅能夠高效地切換負(fù)載，如LED照明、啟動(dòng)器、車(chē)門(mén)模塊、暖通空調(diào)和其他執(zhí)行器，還具有主動(dòng)浪涌電流管理、過(guò)溫關(guān)斷與自動(dòng)重啟以及主動(dòng)過(guò)壓鉗位等特性，從而極大地提升了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。
從高邊驅(qū)動(dòng)到低邊驅(qū)動(dòng)，SmartFET的多效“收益”
通常在使用MOSFET的時(shí)候，首先要有合適的驅(qū)動(dòng)，例如一個(gè)合適的門(mén)極電阻。同時(shí)為了防止場(chǎng)效應(yīng)管的損壞，我們還要有各種保護(hù)措施，例如過(guò)流過(guò)溫和過(guò)壓的保護(hù)電路，來(lái)保證其長(zhǎng)期可靠運(yùn)行不致?lián)p壞。通常這些保護(hù)電路都是由分立器件達(dá)成，既增加系統(tǒng)成本，同時(shí)也占據(jù)了較大的PCB空間。
而SmartFET產(chǎn)品把這些驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測(cè)保護(hù)電路都集成到標(biāo)準(zhǔn)MOSFET的封裝里面，因此一個(gè)SmartFET有兩個(gè)主要部件組成：首先它有一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)MOSFET的功率級(jí)負(fù)責(zé)向負(fù)載提供電流；第二個(gè)就是控制級(jí)，這里面主要是指MOSFET的驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測(cè)保護(hù)電路，有了這個(gè)控制級(jí)就能夠正確的開(kāi)關(guān)MOSFET，同時(shí)能夠防止其損壞。這樣既可以增加MOSFET使用的可靠性，同時(shí)也能節(jié)省系統(tǒng)成本，以及減少PCB占用的空間。這些優(yōu)點(diǎn)使得SmartFET在汽車(chē)電子里面得到了廣泛的使用。
高低邊驅(qū)動(dòng)是用于控制電路中負(fù)載通斷的兩種基本方法，它們?cè)陔娫垂芾?、電機(jī)控制和汽車(chē)電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō)：
低邊驅(qū)動(dòng)（Low Side Driver, LSD）：在一個(gè)直流電源供電的電路中，低邊驅(qū)動(dòng)是指通過(guò)控制連接到負(fù)載地線（或接地端）的開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流的接通和關(guān)斷。當(dāng)這個(gè)“開(kāi)關(guān)”（通常是MOSFET或晶體管）導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載可以形成回路并從電源汲取電流；當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，負(fù)載與地之間的路徑被切斷，從而停止電流流動(dòng)。
高邊驅(qū)動(dòng)（High Side Driver, HSD）：高邊驅(qū)動(dòng)則是指通過(guò)控制連接到負(fù)載電源正極一側(cè)的開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制負(fù)載電流。高邊驅(qū)動(dòng)相對(duì)復(fù)雜一些，因?yàn)樗枰幚淼膯?wèn)題包括確保柵極驅(qū)動(dòng)電壓高于電源電壓以保證MOSFET有效開(kāi)啟，并且必須考慮電荷泵或者自舉電路來(lái)提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)高邊開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載與電源之間形成通路開(kāi)始工作；而開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，負(fù)載失去上端電源供應(yīng)，電流不再流過(guò)負(fù)載。
總結(jié)起來(lái)，在一個(gè)電源和負(fù)載之間，如果通過(guò)控制下側(cè)（靠近地線）的開(kāi)關(guān)來(lái)控制負(fù)載，就是低邊驅(qū)動(dòng)；如果通過(guò)控制上側(cè)（靠近電源正極）的開(kāi)關(guān)來(lái)控制負(fù)載，則是高邊驅(qū)動(dòng)。這兩種方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)系統(tǒng)需求、效率、安全性等因素選擇合適的方式。
高邊SmartFET的三大類(lèi)典型應(yīng)用
由于集成了各種檢測(cè)和保護(hù)電路，高邊SmartFET事實(shí)上能夠處理各種各樣的負(fù)載。常見(jiàn)的我們可以分為三大類(lèi)應(yīng)用。
區(qū)域控制器架構(gòu)趨勢(shì)下的SmartFET應(yīng)用
當(dāng)前汽車(chē)市場(chǎng)的一個(gè)重要趨勢(shì)是汽車(chē)電子電氣架構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向區(qū)域控制器架構(gòu)。區(qū)域控制器架構(gòu)用來(lái)替代已經(jīng)廣泛使用的域控制器架構(gòu)。所謂區(qū)域控制器架構(gòu)，就是電子控制單元是按照特定區(qū)域的物理位置，而不是按照功能來(lái)組織和劃分的。例如左車(chē)身、右車(chē)身和前車(chē)身等等，就近相應(yīng)所需要的功能按照物理位置把它組織起來(lái)，組成一個(gè)區(qū)域控制器。這些區(qū)域控制器是通過(guò)高速的以太網(wǎng)來(lái)連接起來(lái)。這些以太網(wǎng)不僅傳遞和處理數(shù)據(jù)，同時(shí)也傳遞和分配電源，從而大大減少線束的復(fù)雜度和重量（值得一提的是，目前線束是電動(dòng)汽車(chē)上第三重和第三貴的部件）。
可以簡(jiǎn)單的歸結(jié)為在區(qū)域控制器架構(gòu)正在以網(wǎng)絡(luò)取代線束，即以前域控制器里面的線束現(xiàn)在變成了網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不僅是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也是電源網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域控制器架構(gòu)由于它是由以太網(wǎng)組成的一個(gè)環(huán)形網(wǎng)，因此它很容易擴(kuò)展，可以根據(jù)低、中、高不同檔位的配置來(lái)加減相應(yīng)的區(qū)域控制。這樣的話，就很容易實(shí)現(xiàn)快速的產(chǎn)品市場(chǎng)投放。
基于區(qū)域控制器架構(gòu)不僅數(shù)據(jù)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞和處理，同時(shí)電源也是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行按級(jí)分配。因此其中SmartFET會(huì)有很大的用處：用作整個(gè)區(qū)域控制器的efuse保險(xiǎn)絲來(lái)保護(hù)電路，不至于因?yàn)槔擞侩娏骰蚋邏涸斐蓳p壞；同時(shí)它也可以控制整個(gè)區(qū)域控制器架構(gòu)的電源的通斷；還可以通過(guò)SmartFET來(lái)決定什么時(shí)候把負(fù)載接到電源上面，什么時(shí)候把負(fù)載從電源上斷開(kāi)。
安森美SmartFET的這些特點(diǎn)讓?xiě)?yīng)用更容易
SmartFET是一種先進(jìn)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)解決方案，旨在為汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用提供高效、可靠的電源管理。其結(jié)構(gòu)融合了垂直功率MOSFET和智能控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了緊湊的封裝和優(yōu)化的性能。設(shè)計(jì)理念著重于提供高度集成的保護(hù)特性，如過(guò)溫保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)，以確保系統(tǒng)在各種故障情況下的安全運(yùn)行。SmartFET還具備模擬電流檢測(cè)輸出，支持精確的負(fù)載監(jiān)控。
作為SmartFET產(chǎn)品技術(shù)的主要供應(yīng)用，安森美在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中考慮了與控制器的兼容性，使得在不同尺寸和不同RDS(ON)的SmartFET之間切換變得更容易，為應(yīng)用提供更大的靈活性。安森美整個(gè)系列從1毫歐到60毫歐，從1安培到20安培，都具有相同的封裝，以及相同的絲印，也有相同的指令結(jié)構(gòu)和相同的高可靠性。因此，在設(shè)計(jì)制作區(qū)域控制器架構(gòu)PCB板的時(shí)候，具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯院挽`活性，不會(huì)因?yàn)橥獠控?fù)載變化而要重新制作PCB板，這是一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)。
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