AUIR3241S/AUIR3242S B2B评估板：高性能半导体电源开关解决方案

在汽车电子领域，对于12V或24V电源分配系统的高侧N沟道MOSFET栅极驱动器的需求日益增长。今天，我们就来深入了解一下英飞凌的AUIR3241S/AUIR3242S B2B评估板，看看它是如何为汽车应用提供可靠的电源开关解决方案的。

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一、概述

AUIR3241S/AUIR3242S B2B评估板是一种基于半导体的解决方案，适用于12V或24V汽车应用的故障安全/故障运行电源开关。它采用背对背的N沟道MOSFET共源结构，能够在两个方向上切断电流，从而实现对机械继电器的替代。同时，这种背对背结构还能在电池反接的情况下阻止电流流动，提供额外的保护。

1. 两款驱动器的差异

AUIR3241S具有高电平有源输入，支持直接由电池驱动；而AUIR3242S则使继电器的替换变得非常容易。它们的VIN引脚逻辑有所不同：

• AUIR3241S导通时，(V_{IN}= high)
• AUIR3242S导通时，(V_{IN}= low)

2. 使用的英飞凌部件

类型	参考型号	数量	注释
驱动器	AUIR3241S	1	仅用于AUIR3241S板的全模拟驱动器
驱动器	AUIR3242S	1	仅用于AUIR3242S板的全模拟驱动器
MOSFET Trench 40V	IAUC120N04S6N006	4	也有更高欧姆版本

3. 订购信息

类型	参考型号	订单号
评估板	AUIR3241S板B2B	AUIR3241SBOARDB2BTOBO1
评估板	AUIR3242S板B2B	AUIR3242SBOARDB2BTOBO1

二、连接与操作

该评估板设计用于60A连续电流和90A一分钟的操作。在连接时，务必将TP - GND连接到电池或电源的负极/接地端子。同时，为了保证评估板和驱动器的正常运行，需要避免以下操作：

• 避免(C_{out})和GND之间短路，否则会导致驱动器损坏。
• 不要将(V_{OUT})短路到(VCC)来测试UVLO功能。
• 不要将两个电池/电源连接在一起，因为评估板没有相应的保护措施。

三、开关行为

在实验室条件下测量了评估板的开关行为，但实际值会因不同的冷却条件、设置和使用的样品而有所变化。以AUIR3241S板B2B为例，在(V_{BAT }=14 ~V)的情况下，使用一个简单的4.7Ω电阻负载。通过示波器可以观察到：

• (V_{IN})（黄色）是控制信号，由波形发生器提供。
• (V{RS})（紫色）信号显示RS引脚电压，其尖峰反映了升压转换器的激活，当电荷从(C{OUT})转移到MOSFET以实现导通时，升压转换器会激活以保持(Cout)电压达到(VOUT(th))。
• (VGS)显示MOSFET Q5的栅源电压。
• (lout)是负载电流。

四、热性能

通过在14V电压和60A电流下使用有源（或电子）负载进行1小时的热评估（功率耗散为840W），记录了每个MOSFET块（Couple MOS1、Couple MOS2）、栅极驱动器AUIR3241S、FW二极管的温度以及整个评估板的最高温度。从热成像图和温度曲线可以直观地了解评估板的热性能。

五、电气原理图

1. 电气图

评估板的电气图分为驱动器侧和电源侧，适用于AUIR3241S板B2B和AUIR3242S板B2B。

2. 物料清单

设计符号	描述	值/参考型号	数量
A, B, C, G5, GATE, GND, IN, input, OUT, SOURCE, VCC, VRS	测试点	20 - 313143	14
Cin	电容器	N.C.	1
Cout	电容器	1µF	1
Cvcc	电容器	100nF	1
D11	二极管	BAT54C - G3 - 08	1
IC1	集成电路	AUIR3241STR或AUIR3242STR	1
L1	电感器（TDK）	CLF5030NIT - 221M - D	1
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6	MOSFET（N沟道）	IAUC120N04S6N006	6
Q11	晶体管	2N7002	1
R1, R2, R3, R4, R5, R6, Rg, Rp	电阻器	1k	8
R7	电阻器	470	1
R8	电阻器	100	1
Rin	电阻器	4.7k	1
RS	电阻器	ERJP6WF10R0V	1
Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6	齐纳二极管	MMSZ5246BT1G	6

六、PCB细节

AUIR3241S/AUIR3242S B2B评估板的PCB是一个4层的FR4材料板。通过过孔连接电源侧的两层，以实现更好的热流和层间电流共享。不过，过孔数量并未优化，可以在不降低评估板热性能的情况下减少过孔数量。

七、总结

AUIR3241S/AUIR3242S B2B评估板为汽车应用提供了一种可靠的半导体电源开关解决方案。它具有良好的开关性能和热性能，能够有效地替代机械继电器。电子工程师在设计12V或24V电源分配系统时，可以考虑使用该评估板来实现高侧N沟道MOSFET栅极驱动。你在实际应用中是否遇到过类似的电源开关设计问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。