用于汽车负载应用的高侧SmartFET驱动器

高端 SmartFET 因其易用性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。将它们分开的是内置在高端 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组合确保了强大的应用解决方案，延长了设备本身和它所保护的应用负载的使用寿命。

onsemi现在提供一系列从 45 mΩ 到 160 mΩ的高端 SmartFET 。这些器件是受保护的单通道高侧驱动器，可以切换各种负载，例如灯泡、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. onsemi高侧 SmartFET的完整系列

半的器件系列采用 SO8 封装，在提供高功率的同时提供小尺寸。45 mΩ 至 140 mΩ 器件的系列引脚排列为设计人员提供了便利，允许一个引脚排列用于各种应用负载用途。根据给定应用所需的电流水平，只需将一个设备切换到另一个设备即可。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，例如主动浪涌电流管理、具有自动重启功能的过热关断和主动过压钳位。专用电流检测引脚提供精确的模拟电流监控输出和电池短路、接地短路以及开和关状态开路负载检测的故障指示。仅限 NCV84160）或高电平有效电流检测使能引脚（该系列中的所有其他器件）。

高端 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，继电器长期以来一直在工业中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，从继电器向半导体开关的转变已经开始，与继电器相比，这种开关占用的面积更小，抗噪能力更强，电磁干扰更低。

高端 SmartFET 已成为汽车市场中占主导地位的 SmartFET 配置，取代了通常更简单的低端 SmartFET。图 1 显示了高侧与低侧 SmartFET 配置的示例。虽然高侧 SmartFET 的负载始终通过与电源的开关连接连接到地，但低侧 SmartFET 的负载始终通过与 GND 的开关连接连接到电源。SmartFET 通常安装在控制单元或 ECU 内。负载线是将负载连接到 ECU 上的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，该负载线可能属于该负载线，从而增加了对底盘接地短路的可能性，这可能对低侧 SmartFET 配置中的负载造成严重压力。

图 1. 应用中的高边与低边开关

下面的图 2 显示了 onsemi 的 NCV84xxx 高侧SmartFET系列的顶层框图和引脚配置。请注意，实际上，高端 SmartFET 是一个 NMOS FET，具有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） 引脚是一个逻辑电平引脚，可打开和关闭控制逻辑/电荷泵以操作 FET。电流感应使能 （CS_EN） 引脚启用和禁用电流感应功能。电流感应 （CS） 引脚允许将比例负载电流感应反馈到微控制器以进行实时反馈。该引脚是多路复用的；它报告模拟故障事件，这些事件很容易与正常操作区分开来，使用户能够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） 引脚就是设备 GND。

图 2. NCV84xxx 的框图和引脚配置

NCV84xxx SmartFET 系列器件提供以下保护功能：

过压保护保护整个器件钳位电压 》 41 V 的 VD-GND

在电池电压低的情况下，欠压保护会关闭设备并等待电池电压升高到足以操作稳压电荷泵以正常运行 FET。

电流限制（参见下面的图 3）在发生短路或浪涌事件时限制电流以防止损坏。电流将一直受到限制，直到器件的内部管芯温度超过过温点，并且会自行关闭以提供保护，直到其充分冷却为止。此功能非常适合驱动需要高初始浪涌电流的灯泡负载，并且还限制了高功率和温度波动对芯片的应力量。

具有自动重启功能的过热和电源保护可防止器件因高功耗和过高的环境温度升高而过热。如果激活过热保护，设备将自行关闭，直到它足够冷却并自动重试，假设输入为“高”。

关断状态开路负载检测会在输入“高”之前提醒微控制器在关断状态下与负载的连接已丢失。

在感应放电事件期间用于感应负载开关的输出钳位，输出钳位将安全地打开 FET 以处理感应放电电流。

图 3. 在对 GND 短路/过载期间 TJ 如何发展

审核编辑：郭婷