智能高边开关空载关断延时案例分析

< 引 言 >

随着新能源汽车智能化进程加速，智能高边开关凭借其智能化特性与全面的保护功能，在汽车市场广泛应用。亚成微智能高边开关系列产品顺势拓展，已成功落地商用车、乘用车及非道路工程机械领域的众多客户上车项目。

值得注意的是，部分客户使用竞品时遇到了一些异常现象，本文将对竞品异常现象展开深度剖析，并阐述亚成微产品的技术优势。

1. 应用背景与异常现象

(1) 测试条件：

·供电电压：VS=24V；

·驱动信号：IN端输入5V/500Hz、

占空比50%的PWM信号；

·负载状态：OUT端空载。

(2) 异常现象：

现象一：OUT输出不跟随IN控制的现象。

VOUT下降起始点延迟，导致VOUT=24V的占空比升至60%，与IN端50%的设定占空比不匹配。

现象二：关断总时间延长

VOUT下降沿平缓，开始关断到完全关断的总时长显著增加，影响设备响应速度。

2. 异常现象分析

注：以下分析涉及的 50nA、1.6V等参数为典型值举例，不代表实际器件精确参数。

现象一：OUT输出不跟随IN控制

如下图1-2所示，该现象的产生与IN端PWM频率无关。之所以IN端在500Hz时VOUT=24V的占空比达到了60%，是因为该关断延时平台时间固定，约180us。在高频驱动下，开关周期短，这段时间更加明显。

关断延时平台的形成可通过以下三方面来解析：

1.空载状态：OUT端空载时，功率MOS漏端电流ID会降至极低水平（仅50nA）。此时，栅源电压VGS需放电至MOS管通断阈值的最低点（Vth=1.6V），才能触发MOS 管开始关断。而在Vth＞1.6V时，现有电压已能维持ID=50nA，VDS因此始终保持低值，即VOUT电压保持稳定，MOS管就无法开始关断。

2.正常带载状态：正常带载时ID电流较大，IN端使能中断、栅极开始放电后，VGS降至2~3V便不足以支撑当前大电流，VDS随之增大，VOUT同步降低。

3.RC放电特性的影响：由于栅源之间存在寄生电容与电阻，VGS放电过程近似为RC回路放电。由于VGS降至1.6V的时长远多于降至2~3V的时长，因此空载状态下，从IN关断到VOUT下降的平台时间，比正常带载状态更长。

现象二：关断总时间变长

VOUT下降沿缓慢的根源在于MOS管漏源间的寄生电容CDS（见图4），其等效容值约为数百pF至数nF，且随VDS增大而降低。当MOS管渡过关断延时平台、启动关断后，VOUT开始降低，同时为CDS充电。但由于OUT端处于空载状态，充电电流仅能依赖内部寄生电路提供的微弱电流（50nA），充电速度慢，最终导致VOUT下降沿平缓、关断总时间变长。

3.亚成微产品解决方案

在IN关断至VOUT完全关断的波形对比测试中，亚成微双通道高边开关系列产品优于竞品：亚成微产品在栅源放电电路增加了专有设计，能够在IN端关断后更快释放栅极电荷，可以有效降低负载电阻较大情况下的关断延时。如图5所示，亚成微产品关断延时平台时间仅为64us，而竞品的时长在180us。

从上图中还可以看到竞品在使用10kΩ电阻接地关断时依然存在平台电压，为消除该平台需增大ID电流，令关断MOS所需的VGS电压变高，从而使得竞品功率管在栅极残余电荷释放较缓的情况下，也能快速关断。例如，在OUT端接入＜1kΩ的电阻负载，才能完全消除其延迟关断的异常情况。

技术支持与产品咨询

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关于亚成微

亚成微电子股份有限公司成立于2003年，专注于高速功率集成技术的研究与开发，是国内较早开展智能功率开关系列产品研究并实现产业化的高新技术企业，同时是全球领先、国内唯一具备自主研发包络跟踪电源芯片（ET）的企业。

基于“高速功率集成技术平台”，亚成微开发并量产了射频动态电源芯片（ET）、智能功率开关芯片、电源管理及驱动芯片、电源模组芯片、以及半导体分立器件五大产品线。致力于为客户提供装备用高功率密度供电以及智能配电解决方案。