瓴芯电子车规级智能高边开关产品简介

来源：瓴芯电子

智能化、轻量化是未来汽车架构发展的方向之一, 以车身控制为例, 传统的分布式架构正在向集中式的区域控制器架构发展。为适应架构演进带来的变化与挑战, 瓴芯推出了业界领先的LNX37系列和LNX39系列车规级智能高边开关。

01产品简介

LNX37系列针对传统车身应用中的阻性、感性及卤素灯负载等应用场景, 具备全面的保护和诊断功能, 包括过流保护、过温保护、感性负载关断钳位保护、电池反接和过压保护、高精度电流检测、过温过流诊断以及输出开路和输出对电池短路诊断等。该系列提供单/双通道选择, 导通电阻覆盖4mΩ-50mΩ。

LNX39系列针对新一代区域控制器应用场景, 在与LNX37系列封装兼容的基础上, 额外增加了电容负载启动模式、可调限流和使能锁定等功能, 充分满足了区域控制器对高边开关应用于配电场景的新需求。

图1. LNX37, LNX39系列选型表

02LNX37系列产品亮点

a) 集成防反和过压保护

LNX37系列集成了电池反接保护和输入电源过压保护功能, 凭借出色的电压钳位能力,无需输入端TVS和防反二极管, 只需要一个地网络电阻, 即可通过ISO7637、Load dump等测试, 帮助客户简化了设计和成本。

图2. LNX37系列集成电池反接保护和输入过压保护

b) 可靠的短路保护

LNX37系列产品具备快速过流保护和动态过温保护等功能, 在输入电压4V-28V全电压范围, TA=-40℃-125℃全温度范围内,无论是控制器端口短路还是负载端短路, 都能够可靠关断。

图3. LNS37008Q1, VS=28V, 20cm短线短路

图4. LNS37008Q1, VS=28V, 10m长线短路

c) 区分输出开路和输出短接电池故障

负载开路和输出短接电池是两种常见的系统故障, 传统高边在输出关断状态下若想对两种故障做区分, 需要增加一系列外围元器件。LNX37系列集成了负载开路诊断的上拉电路, 通过在DEN引脚发送短脉冲信号来使能上拉电流IOL。当发生负载开路或输出短接电池故障时, LNX37能够检测、区分并发出报错信号给MCU, MCU可以根据不同的故障类型, 采取不同的响应措施, 这样不仅能提高整个系统的功能安全等级, 也便于维修时进行快速的故障定位。

图5. 集成负载开路诊断上拉电路，节省外围元器件

图6. LND37020Q1, 负载开路时的诊断报错

图7. LND37020Q1, 输出短接电池时的诊断报错

03LNX39系列产品亮点

LNX39系列产品在具备LNX37系列产品亮点的基础上, 额外增加了如下功能, 来满足区域控制器使用高边开关配电的应用场景。

a) 带输出短路检测的电容负载启动模式

在区域控制器应用中, 高边开关通常承担着向后级控制器配电的重要角色。控制器的输入端通常有较大电容, 一般是几十uF到mF级不等。在大电容充电的过程中, 高边开关内部MOSFET承担着较大的电压和电流, 会在瞬间产生较高的温升。为了使高边开关可以安全可靠地完成大电容充电, LNX39系列提供了专门的电容负载启动模式 (Capacitive Load Startup mode, 简称CLS模式), 该模式有效降低了电容充电时的过冲电流, 减小了芯片的瞬态温升, 提高了芯片的使用寿命。以LNS39008Q1为例, 在使能引脚EN上发送至少10个有效PWM脉冲并拉高, 通道就会进入CLS模式, 当电容充电完成后, 芯片会自动进入正常工作模式。

图8. LNS39008Q1, VS=13.5V, 4.7mF电容充电波形图

图9. CLS模式有效降低了MOSFET每次重启的瞬态温升

为了区分输出短路和大电容充电, 在输出短路时避免不必要的反复重启,LNX39系列在CLS模式中增加了输出短路检测功能。当充电一定时间后, 若输出电压还没有达到设定的阈值, 芯片会判断输出短路并报错, 通道立刻关断, 并在100ms后尝试重启。

图10. CLS模式下的输出短路检测和尝试重启

b) 可调限流功能

LNX39系列可以通过改变IL引脚外部对地电阻的阻值来配置不同的限流值。当IL引脚电阻发生开路 (虚焊) 或短路时, 芯片会自动将限流值设为最高值, 并在OFF状态下在IS引脚输出报错电流。适当降低限流值可以有效避免短路电流过冲引起的电池电压跌落, 同时可以保护线束及电流路径上的其他元器件。

c) 使能锁定功能

LNX39系列的使能锁定功能是指当MCU控制芯片的使能引脚为高阻态后, 通道可以继续保持上一时刻的状态。该功能可以在MCU发生初始化时, 保证配电不受中断。

瓴芯已量产的其他智能高边开关有:

1.LNQ37000Q1, 四通道, 1000mΩ 智能高边开关

2.LNS37100Q1, 单通道, 100mΩ 智能高边开关

3.LNQ37160Q1, 四通道, 160mΩ 智能高边开关

瓴芯电子科技 (无锡) 有限公司是国内领先的车规级模拟芯片供应商, 公司由多位曾长期供职于世界著名半导体公司的高管及技术骨干于2017年创立。

公司自成立以来就选择车载半导体行业作为赛道, 专注于车规芯片研发与车规质量管控体系的搭建。目前产品涵盖电源管理芯片、LED驱动芯片、门级驱动芯片、高低边驱动芯片。相关产品已经在国内外多款新能源车与燃油车上应用, 产品应用范围覆盖汽车电池管理系统、电机驱动系统、辅助驾驶系统、影音娱乐系统、空调系统、车身控制系统、电动助力系统等诸多系统。