汽車功率IC中的開關分類及優缺點

汽車功率IC涵蓋的范圍很寬，它包含汽車電子的IC應用系統和功能元件。它們都有一個主要的功能，既實現從幾毫瓦到幾千瓦的電能的供應、變換或驅動。這些IC的工作范圍和12V、24V和48V的汽車電氣系統電壓相適應。范圍從簡單的MOSFET、到帶有集成保護電路和診斷功能的高邊、低邊和橋式開關、線性電源調整IC和開關電源調整IC，一直到用于ABS和安全氣囊等安全系統的高集成ASIC。汽車電子系統中的功率開關有高邊(HSD)、低邊(LSD)和橋式開關。

在系統的設計中是采用功率IC中到底是采用高邊開關還是低邊開關, 對于低邊的驅動,需要考慮以下的細節:

負載的正常電流有多大?最大電流是多少?

負載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?

負載是否為感性? 如果是感性,關斷時的能量?

負載的控制方式是on/off方式還是PWM?如果是PWM,頻率和占空比是多少?

負載的工作環境溫度是多少?極限溫度是多少?

系統如果Ground open,對負載有何影響?

需要功率IC的封裝方式是SMT還是通孔方式的?如果是SMT,有多大的面積連接到功率IC的散熱片? 如果是通孔方式,采用什么形狀的散熱器?

負載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷?過流,過壓,過溫還是短路等?

負載是否有以下的應用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?

對于功率IC中中高邊驅動, 需要考慮以下的技術細節:

負載正常電流有多大? 最大電流是多少?

負載是否為容性?如果是容性,沖擊電流是多少?

負載是否為感性? 如果是感性,關斷時的能量?

負載的控制方式是on/off方式還是PWM?如果是PWM,頻率和占空比是多少?

負載的工作環境溫度是多少? 極限溫度是多少?

需要功率IC的封裝方式是SMT還是通孔方式的?如果是SMT,有多大的面積連接到功率IC的散熱片? 如果是通孔方式,采用什么形狀的散熱器?

負載是否需要診斷?如果需要,需要哪些診斷?過流,過壓,過溫還是短路等?

負載是否有以下的應用(Reverse battery, Load dump, Over voltage,etc)?

以下給出了在采用HSD和LSD在驅動負載時的一些比較：

1)通態電阻

NMOS的的通態電阻比PMOS在同樣的條件下要小。這是因為，電子的導通速度比空穴快，因而影響到通態電阻。也是因為為了追求低的通態電阻，在某些高邊的驅動應用，用充電泵加上NMOS來完成PMOS作為高邊的應用，付出的代價是價格變高，驅動電路也比LSD復雜。

2)采樣電路

對于HSD的保護，如果需要電流采樣，須用差分的配置才能實現電流采樣;而對于LSD，采用單端配置就可以。由于采用差分電路成本高于采用單端的成本，所以從這個意義上f，LSD比HSD具備成本優勢。

3)線制的要求

由于現在的汽車的多為負極搭鐵，采用HSD給負載供電有一系列的好處。如果負載的一端直接接在底盤的地上，則只需要一根線給負載供電，這就節省了系統的成本。

4)失效對系統的影響

這是依據系統的要求，選擇哪種類型的負載。在飛機的負載失效類型中,如果負載失效,最安全的方式是讓負載繼續運行下去;而對于汽車的負載應用,則正好相反。例如在發動機管理的控制單元中，控制油泵的開關就是HSD。這是因為在大多數的情況下，當驅動模塊失效時，是關掉油泵。這種設計對于當發生車禍或系統失效時是非常有利的。

下表給出了對于HSD和LSD的全面比較：

綜上所述，無論是采用LSD還是HSD，都是各有優劣。最終在汽車電子模塊中選用那種方式的驅動，還是要在哪種場合的應用，診斷類型，失效后造成的危險，綜合考慮后才能作出折衷的選擇。