汽車電子系統使用自保護MOSFET需考慮的因素

采用自保護MOSFET可以設計出高性價比的容錯系統，但損害或毀壞自保護MOSFET器件的工作情況確實存在。只有在系統設計時仔細考慮這些因素，才可以設計出高性價比而可靠的系統。

汽車電子系統中使用的功率器件必須能抵受極為嚴峻環境的考驗：它們必須能承受關閉瞬流和負載切斷電源故障引起的高壓毛刺；若環境工作溫度超過120℃，器件結溫則將隨之而來升高；線束中的眾多連接器位于方便組裝和維修的位置，這可能造成器件電氣連接的間斷。由于新的負載需要的功率越來越大，所以即使在正常的條件下工作，器件承受的壓力也明顯加大。

為了提高系統可靠性并降低保修成本，設計人員在功率器件中加入故障保護電路，以免器件發生故障，避免對電子系統造成高代價的損害。這通常利用外部傳感器、分立電路和軟件來實現，但是在更多情況下，設計人員使用完全自保護的MOSFET功率器件來完成。隨著技術的發展，MOSFET功率器件能夠以更低的系統成本提供優異的故障保護。

圖1顯示了完全自保護MOSFET的一般拓撲結構。這些器件常見的其他特性包括狀態指示、數字輸入、差分輸入和過壓及欠壓切斷。高端配置包括片上電荷泵功能。但是，大多數器件都具備三個電路模塊，即電流限制、溫度限制和漏-源過壓箝制，為器件提供大部分的保護。

圖1：完全自保護MOSFET的一般拓撲結構

短路故障

最常見也最麻煩的故障可能是短路。這類故障有以下幾種形式：負載間的短路、開關間的短路或電源接地的短路。而且，這些短路器件啟動和關閉時都會發生。由于短路故障通常是間歇性，即使在很短時間中就存在多種形式，使問題更為棘手。例如，在器件之間發生短路而MOSFET關閉的情況下，電流通過短路向MOSFET周圍分流。

然而，如果短路是間歇性、負載為電感的情況下，電流中斷將在MOSFET上產生一個反激(flyback)電壓。根據短路持續的時間和電阻，負載電感中的峰值電流可能會高于正常工作時的峰值電流。因此，器件比預期吸收更多的能量，而且多個間歇性短路事件的快速連續發生會導致峰值結溫急劇升高，從而對器件產生潛在的破壞性。

過溫故障

其他故障包括器件引腳的靜電放電(ESD)、線路瞬流或電感負載開關引起的過壓，還有就是過熱。過溫故障通常由其他故障引起，如短路便會快速增加器件的功耗，也可能由極端環境條件或熱路徑異常引起，如器件散熱器和電路板之間的焊料失效。在諸多故障模式下，自保護MOSFET產品的控制電路以一種安全模式來檢測并控制器件工作，使器件在故障修復后可以恢復正常功能。

由于有源元件(MOSFET門極氧化物接口除外)已與門極輸入引腳連接，因此漏極與源極之間短路時，此引腳的泄漏電流(50-100uA)比標準MOSFET泄漏電流的測量值( 50nA)大三個數量級。泄漏電流的增加通常不會對門極驅動電路產生影響，但是，門極驅動電路必須能夠在電流限制或熱關機故障情況下驅動足夠大的電流。在過流和過溫故障的情況下，器件一般將功率MOSFET門極節點電壓下拉至接近飽和的工作門限電壓或零伏，以完全關閉器件。