新能源汽车中越来越重要的低边开关

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）随着如今电动汽车的智能化程度加深，车上的电器设备不断增多，低压系统中的负载也在增大，汽车低压系统从传统的12V电压开始往48V发展，这对各种应用的开关控制产生了更高要求。之前我们曾经介绍过高边开关的应用场景以及汽车应用的需求情况，那这一篇文章就来介绍一下同样不可或缺的低边开关。

高低边实际上是形容器件使用在电源和负载之间相对位置的关系，高边开关顾名思义，是应用于电源正极和负载之间，位于高电位端一侧的开关；同理如果开关器件位于负载和电源负极之间，则被称为低边开关。

因为高边开关和低边开关本质都是用于控制负载的器件，只是在电路中的位置相对于电源和负载有所区别，所以根据实际应用可以选择不同的开关，两种开关可单独使用，也可以同时使用。

低边开关的核心功能是，通过闭合或断开地线路径控制负载的工作状态。典型结构是使用N沟道MOSFET，将开关置于负载和地之间，源极直接接地，栅极接收控制信号，漏极接负载，通过控制开关的通断实现对负载的供电管理。当控制信号为高电平时，MOSFET导通，电流从电源经负载流经低边开关到地，形成回路；信号为低电平时则关断。

所以实际上，低边开关核心就是功率器件，而为了提高集成度，目前低边开关一般会集成多个功能模块。首先集成驱动电路，将MCU输出的信号转换为足以驱动功率器件的电压；集成保护模块，比如用于过压保护的TVS二极管，用于过流保护的电流检测电阻，用于过温保护的温度传感器等。

低边开关中还集成了诊断与反馈的模块，提供开路检测，通过检测负载电流是否为0，判断负载的工作状态；以及提供状态显示、短路反馈等功能。

而影响低边开关性能的，主要是MOSFET的导通电阻、开关速度和散热能力这三大方面。

低边开关的驱动电路设计简单，无需复杂的电平转换或电荷泵电路，能够有效降低系统成本，因此在汽车上被广泛使用。

比如低边开关可以用于控制车灯的开关，通过断开或闭合接地回路实现灯光的点亮与熄灭。同时类似的车身控制模块BCM中都能够看到低边开关的应用。比如罗姆BV1LF080EFJ-C，具有80mΩ导通电阻，双TSD保护，用于车身控制模块中的车灯和电机驱动等场景。

在BMS中，低边开关被用于控制电池组中的继电器，确保电池充放电回路的安全通断。比如纳芯微NSE11409-Q1，支持41V钳位电压，5μA待机电流，用于新能源汽车BMS中继电器控制。

在动力系统中，低边开关被用于自动变速箱中的电磁阀，实现换挡操作的精确控制。

随着集成化和智能化的需求提高，未来低边开关将会集成更多诊断功能，支持远程监控甚至是预测性诊断分析等。而在新能源汽车的趋势中，低边开关在BMS以及电机驱动等场景将会得到更广泛的应用。