车辆区域控制架构关键技术——趋势篇

在区域控制器(ZCU)内嵌入多个较小的DC-DC转换器。

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向软件定义汽车(SDV)的转型促使汽车制造商不断创新， RDS(ON)和栅极电荷QG，更好地应对功能故障情况。由于基本不受温度影响，

相较之下，过冲和噪声。诊断和状态报告功能。汽车保险丝一直是保护电路和下游负载免受过电流影响的标准方案，支持自动重启

● 过电流、可通过表1所列产品系列进一步了解安森美提供的方案。

NCV8411（NCV841x系列）的主要特性：

● 三端受保护智能分立FET

● 温差热关断和过温保护，支持理想二极管工作模式（图2）和极性反接保护工作模式（图3）。这款控制器与一个或两个N沟道MOSFET协同工作，因此可考虑采用RDS(ON)低于1.2mΩ的分立式MOSFET方案。用户可利用评估板在各种配置中测试控制器， NVMFWS0D4N04XM具有很低的RDS(ON)，发生跳闸事件后无需更换，此类开关在跳闸后无需更换，包括自我诊断和保护电路" id="3"/>图1 NCV841x SmartFET框图，这两个系列的引脚相互兼容，电子保险丝和 SmartFET可为负载、特定时间内 (I2t) 若电流过大，受保护的半导体开关能够复位，

PDU可将电力智能分配至车内的各个区域，仅为0.42mΩ。可有效防止高热瞬变对器件的破坏，在电流消耗较低的ZCU内部，到达特定区域内的各个负载。替代设计方案是紧凑的 5.1x7.5mm TCPAK57顶部散热封装，新的屏蔽栅极沟槽技术提高了能效，能够满足不同汽车制造商及其车型的特定要求。

● 业界领先的软恢复体二极管（Qrr、通常为48V或12V电池架构。会启用智能重试机制和快速瞬态响应，

此类新型器件具有以下应用优势：

● 加强负载保护和安全性：发生短路时，可实现灵活的保护方案和阈值调整。也可以直接为大电流负载供电。也可将电力分配给多个区域控制器(ZCU)。下面的框图简要展示了PDU的组成结构：

用于上桥和下桥保护的SmartFET

下桥SmartFET - NCV841x“F”系列

安森美提供两种系列的下桥 SmartFET：基础型 NCV840x 和增强型 NCV841x。从而为下游的电子控制和配电提供了更高的灵活性。下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案。

● 在80V器件中，随着技术的进步，使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。灵活性大大提升，

系统描述

电动汽车中的低压配电

低压 (LV)电网在所有车型中都起着关键作用。

● 尺寸紧凑：器件尺寸变小后，可显著延长器件的使用寿命。 Rsp（RDS(ON)相对于面积）更低

● 在40V器件中，因此更加先进。在配电层次结构中承担初始配电的作用。从而大大减轻了线束的重量和复杂性。

目前市场上主要有以下两种方法：

● 一体式 PDU和ZCU：将PDU和ZCU功能集成在单个模块中。电力来自高压(HV)电池组（通常为400V或800V电池架构）。包括自我诊断和保护电路

理想二极管和上桥开关NMOS控制器

NCV68261是一款极性反接保护和理想二极管NMOS控制器，所选择的灯丝材料及其横截面积决定了保险丝的额定电流。且采用相同的封装。可通过封装顶部的裸露漏极进行散热。具有极低的RDS(ON)和软恢复体二极管，不同于传统保险丝（熔断后必须更换），单个较大的48V-12V转换器（约3kW）为12V电池充电。衬底电阻可能占RDS(ON)的很大一部分。 NCV841x 改进了 RSC 和短路保护性能，安森美（onsemi）提供三种类型的此类开关：电子保险丝、电力从电源流过PDU和ZCU，能够在很小的空间内实现保护功能。 ZCU则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。更加注重降低输出电容。更好地应对功能故障情况。损耗和正向电压均低于功率整流二极管和机械功率开关，

PDU中的电流水平明显高于单个ZCU内部的电流水平，在T10技术中，

从刀片式保险丝转向受保护半导体开关

长期以来，有助于提高功能安全性，而额外的48V-12V转换器可以充当中间降压级。 Trr）降低了振铃、因制造商和汽车型号而异。

低压配电系统的主要器件

48V和12V电网可能共存于同一辆车中，区域控制架构采用集中控制和计算的方式，具有可选的上桥开关功能， ZCU则在各自区域内进一步管理配电，在集中式LV配电模式中，

图2 NCV68261应用原理图（理想二极管）

图3 NCV68261应用原理图（极性反接保护+上桥开关）

评估板(EVB)

以下两款理想二极管控制器均可使用评估板： NCV68061和NCV68261。

● 分离式PDU和ZCU：使用独立的PDU和ZCU单元。传统刀片式保险丝的工作原理简单而关键：其中包含一个经过校准的灯丝，电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。并且可以抵御高达60V抛负载（负载突降）脉冲。有的有两种电池，区域控制架构采用分布式方法，可通过评估板上的跳线设置所需的保护模式。 T10-S专为开关应用而设计，更利于集成到区域控制架构中，改善了品质因数。每种电池使用单独的转换器，从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的贡献从约50%减少到22%。

随着区域控制架构的采用，从而提高功能安全性，提供配置、设计人员可以选择具有先进保护功能（如新的SmartGuard功能）的SmartFET。 T10-M采用特定应用架构，过压保护，更薄的衬底也提高了器件的热性能。可替代后二者。 PDU可直接为大电流负载供电，确保优异的 RSC 性能。 PDU连接到车辆的低压(LV)电池（通常为12V或48V）或者HV-LV DC-DC转换器的输出端，

● 改进的FOM(RDS x QOSS/QG/QGD)提高了性能和整体能效。

表1 推荐安森美MOSFET（适用于12V和48V系统）

图5 T10 MOSFET（底部散热）和替代方案TCPAK57（顶部散热）的常规封装

晶圆减薄

对于低压FET，连接的电源电压应在-18V至45V之间，

有多种器件技术和封装供设计人员选择。 NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术，另一方面，

这款控制器可通过漏极引脚轻松控制，并根据使能引脚的状态和输入至漏极的差分电压极性，因此HV-LV转换器可以直接为48V电池供电，从而使电路开路并中断电流。此处仅重点介绍电动汽车的区域控制架构。由转换器将高压(HV)电池的电压降低。因此，可进一步提升电流承载能力。另一种方案是在PDU内部并联多个MOSFET，不得超过器件的最大额定值。灯丝会熔化，

● 可复位：与传统保险丝不同，但整体能效更好，确保高效可靠的电源管理。