汽车功率IC中的开关分类及优缺点

cogobuy123

汽车功率IC涵盖的范围很宽，它包含汽车电子的IC应用系统和功能元件。它们都有一个主要的功能，既实现从几毫瓦到几千瓦的电能的供应、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、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(HSD)、低边(LSD)和桥式开关。
在系统的设计中是采用功率IC中到底是采用高边开关还是低边开关, 对于低边的驱动,需要考虑以下的细节:
负载的正常电流有多大?最大电流是多少?
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?
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Ground open,对负载有何影响?
需要功率IC的封装方式是SMT还是通孔方式的?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?
负载是否有以下的应用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?
对于功率IC中中高边驱动, 需要考虑以下的技术细节:
负载正常电流有多大? 最大电流是多少?
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?
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还是通孔方式的?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?
负载是否有以下的应用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?
以下给出了在采用HSD和LSD在驱动负载时的一些比较：
1)通态电阻
     NMOS的的通态电阻比PMOS在同样的条件下要小。这是因为，电子的导通速度比空穴快，因而影响到通态电阻。也是因为为了追求低的通态电阻，在某些高边的驱动应用，用充电泵加上NMOS来完成PMOS作为高边的应用，付出的代价是价格变高，驱动电路也比LSD复杂。
2)采样电路
对于HSD的保护，如果需要电流采样，须用差分的配置才能实现电流采样;而对于LSD，采用单端配置就可以。由于采用差分电路成本高于采用单端的成本，所以从这个意义上說，LSD比HSD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HSD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,最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HSD。这是因为在大多数的情况下，当驱动模块失效时，是关掉油泵。这种设计对于当发生车祸或系统失效时是非常有利的。
      综上所述，无论是采用LSD还是HSD，都是各有优劣。最终在汽车电子模块中选用那种方式的驱动，还是要在哪种场合的应用，诊断类型，失效后造成的危险，综合考虑后才能作出折衷的选择。