汽車功率驅(qū)動涵蓋的范圍很寬,包含汽車電子的IC應(yīng)用系統(tǒng)和功能元件。它們都有一個(gè)主要功能,即實(shí)現(xiàn)從幾毫瓦到幾千瓦電能的供應(yīng)、變換或驅(qū)動。這些IC的工作范圍和12V、24V和48V的汽車電氣系統(tǒng)電壓相適應(yīng)。范圍從簡單的MOSFET到帶有集成保護(hù)電路和診斷功能的高邊、低邊和橋式開關(guān),以及線性電源調(diào)整IC和開關(guān)電源調(diào)整IC,一直到用于ABS和安全氣囊等安全系統(tǒng)的高集成ASIC。汽車電子系統(tǒng)中的功率開關(guān)有高邊驅(qū)動(HSD)、低邊驅(qū)動(LSD)和橋式開關(guān)。
在汽車控制器中,汽車功率IC主要用在前/后電機(jī)繼電器、真空泵繼電器、PTC繼電器、電源總正繼電器、電源總負(fù)繼電器等處。到底是采用高邊還是低邊開關(guān), 有一定的權(quán)衡和考慮。
對汽車控制器系統(tǒng)中的汽車功率IC采用低邊驅(qū)動,需要考慮以下細(xì)節(jié)內(nèi)容:
負(fù)載的正常電流有多大?電流是多少?
負(fù)載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?
負(fù)載是否為感性?如果是感性,關(guān)斷時(shí)的能量是多少?
負(fù)載的控制方式是On/Off方式還是PWM?如果是PWM,頻率和占空比是多少?
負(fù)載的工作環(huán)境溫度是多少?極限溫度是多少?
系統(tǒng)如果地線開路,對負(fù)載有何影響?
需要功率IC的封裝方式是SMT還是通孔方式?如果是SMT,有多大的面積連接到功率IC的散熱片?如果是通孔方式,采用什么形狀的散熱器?
負(fù)載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷,過流、過壓、過溫還是短路等?
負(fù)載是否有以下應(yīng)用:反向電池電壓、拋負(fù)載、過電壓等等?
對汽車控制器的系統(tǒng)中的汽車功率IC采用高邊驅(qū)動,需要考慮以下細(xì)節(jié)內(nèi)容:
負(fù)載正常電流有多大?電流是多少?
負(fù)載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?
負(fù)載是否為感性?如果是感性,關(guān)斷時(shí)的能量是多少?
負(fù)載的控制方式是On/Off方式還是PWM?如果是PWM,頻率和占空比是多少?
負(fù)載的工作環(huán)境溫度是多少?極限溫度是多少?
需要功率IC的封裝方式是SMT還是通孔方式?如果是SMT,有多大的面積連接到功率IC的散熱片?如果是通孔方式,采用什么形狀的散熱器?
負(fù)載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷,過流、過壓、過溫還是短路等?
負(fù)載是否有以下應(yīng)用(反向電池電壓、拋負(fù)載、過電壓、等等)?
以下給出了在采用高邊驅(qū)動和低邊驅(qū)動在驅(qū)動負(fù)載時(shí)的一些比較:
1)導(dǎo)通電阻
導(dǎo)通電阻有時(shí)候也譯成通態(tài)電阻。在同樣的條件下,NMOSFET的導(dǎo)通電阻比PMOSFET要小。這是因?yàn)殡娮拥膶?dǎo)通速度比空穴快,因而影響到導(dǎo)通電阻。因此,為了追求低導(dǎo)通電阻,在某些高邊的驅(qū)動應(yīng)用中,是用充電泵加上NMOSFET來完成PMOSFET作為高邊的應(yīng)用。付出的代價(jià)是價(jià)格變高,驅(qū)動電路也比低邊驅(qū)動復(fù)雜。
2) 采樣電路
對于高邊驅(qū)動的保護(hù),如果需要電流采樣,必須用差分的配置才能實(shí)現(xiàn);而對于低邊驅(qū)動,采用單端配置就可以。由于采用差分電路的成本高于采用單端的成本,因此從這個(gè)意義上說,低邊驅(qū)動比高邊驅(qū)動具備成本優(yōu)勢。
3) 線制的要求
由于現(xiàn)在的汽車的多為負(fù)極搭鐵,采用高邊驅(qū)動給負(fù)載供電有一系列的好處。如果負(fù)載的一端直接接在底盤的地上,則只需要一根線給負(fù)載供電,這就節(jié)省了整車系統(tǒng)的成本。
4) 失效對系統(tǒng)的影響
這是依據(jù)系統(tǒng)的要求,選擇哪種類型的負(fù)載。在飛機(jī)的負(fù)載失效類型中,如果負(fù)載失效,安全的方式是讓負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行下去;而對于汽車的負(fù)載應(yīng)用,則正好相反。例如在發(fā)動機(jī)管理的控制單元中,控制油泵的開關(guān)就是高邊驅(qū)動電路。這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)的情況下,當(dāng)驅(qū)動模塊失效時(shí),要關(guān)掉油泵,而高邊驅(qū)動就能很好地滿足這個(gè)要求。這種設(shè)計(jì)在發(fā)生車禍或系統(tǒng)失效時(shí)非常有利。
表1對高邊驅(qū)動和低邊驅(qū)動進(jìn)行了全面比較(“-”代表劣勢項(xiàng),“+”代表優(yōu)勢項(xiàng))。
如何選擇汽車電子系統(tǒng)中的功率開關(guān)產(chǎn)品
表1:高邊驅(qū)動和低邊驅(qū)動的全面比較(“-”代表劣勢項(xiàng),“+”代表優(yōu)勢項(xiàng))。
綜上所述,無論是采用高邊開關(guān)還是低邊開關(guān),都是各有優(yōu)劣。終在汽車控制器中選用那種方式的驅(qū)動,還是要看在哪種場合應(yīng)用,以及診斷類型和失效后所造成的影響。綜合考慮后才能在整車控制器的驅(qū)動類型選擇中做出折衷判斷。
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