英飛凌技術支持系列｜智能功率開關

英飛凌智能高邊開關PROFET系列

智能功率開關適用於驅動不同類型的負載，如阻性負載（PTC），感性負載（電機），容性負載和車燈。並可以取代汽車系統中的許多元件，比如繼電器和保險絲等。它包含了許多種保護功能以應對電路中各種常見的失效問題。同時它還具備電流檢測功能，在對電路檢測精度要求並不苛刻的應用中，可以額外節省shunt電阻以及分立差分比較器。某些特定的產品家族還帶有開關速度調節功能，這種功能在優化電流尖峰和EMI時十分實用。在PCB板的布局上，由於英飛凌的智能功率開關器件有著極高的集成度，它甚至不需要比分立MOSFET多很多的Pin腳。

1. 供電電壓劇烈波動（比如汽車的12V電氣系統，在點火和搭電啟動時電壓可能會有5.5V至24V的波動）所引發的過壓問題

2. 感性負載關斷時在MOSFET兩端所產生的電壓尖峰V_ds=V_bat+V_L所導致的器件過壓

3. 負載或電路中某處短路所產生的短路電流使器件過流/過溫失效

因此，在汽車12V或是24V電氣系統中使用MOSFET，需要充分考慮器件的breakdown voltage是否可以承受電壓的劇烈波動。而感性負載的電壓尖峰則可以通過對器件開關速度的調節進行一定優化。對於過流/過溫所產生的失效問題則可以通過及時斷開MOSFET從而對器件和電路進行保護。

除了以上幾種失效問題以外，還有一些異常工況比如負載突然斷開或者電池欠壓，雖然不一定會產生元器件損壞，但此時電路已經無法正常工作，我們需要及時知道電路的狀態並進行調整。

最後值得一提的是，電池反極性問題在汽車系統中也是需要考慮的一種失效模型。因為在更換汽車電池或者是搭電啟動時，粗心的司機可能會將電池接反。而當電池反接時，MOSFET的體二極體會直接導通並產生大量損耗，引起晶片快速升溫。

如上圖中所示，正常工作時兩者都可以使電路導通或者斷開。對於圖示高邊電路中的兩個短路點，斷開MOSFET都可以很好的保護電路和負載。但對於低邊電路中的兩個短路點，斷開低邊MOSFET之後，電路仍處於電源對地短路或者是負載無法斷開的問題。只有在低邊開關之後的電路對地短路，關閉MOSFET才可以使電路斷開。相比之下，電路中使用高邊開關會有更好的保護效果。但需要注意的是，想在高邊使用N通道MOSFET，由於它的源極電壓不固定，就需要額外的Charge pump或Bootstrap電路對開關管進行驅動。

智能高邊開關PROFET系列針對不同種類的負載會有相應的保護功能，比如當容性負載上的電壓高於電池電壓時會產生與電池反極性相似的問題，此時智能高邊開關會報錯並打開MOSFET，使電流從通道中流過，從而降低晶片整體的發熱量。當感性負載關斷時，英飛凌的智能鉗位功能可以抑制電壓尖峰從而保護功率器件。

英飛凌智能高邊家族中除了PROFET系列之外還有適用於ADAS應用的Load Guard系列，它的特點是具有可調節的限流保護功能。