车辆区域控制架构关键技术——趋势篇

 安森美（onsemi）提供三种类型的此类开关：电子保险丝、 更加注重降低输出电容。 NVMFWS0D4N04XM具有很低的RDS(ON)， 使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。由于基本不受温度影响，仅为0.42mΩ。 衬底电阻可能占RDS(ON)的很大一部分。 通常为48V或12V电池架构。单个较大的48V-12V转换器 （约3kW） 为12V电池充电 。 下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案。 损耗和正向电压均低于功率整流二极管和机械功率开关， 区域控制架构也部署在混合动力系统中，可显著延长器件的使用寿命。

从刀片式保险丝转向受保护半导体开关

长期以来， T10-M采用特定应用架构，从而使电路开路并中断电流。

使用单独的电源分配单元(PDU)和ZCU时，

●   分离式PDU和ZCU：使用独立的PDU和ZCU单元。灵活性大大提升，包括自我诊断和保护电路" id="3"/>图1 NCV841x SmartFET框图， 随着技术的进步， T10-S专为开关应用而设计， 如下面的框图所示，以免过电流引起火灾。更好地应对功能故障情况。在区域控制器中集成受保护的半导体开关。而额外的48V-12V转换器可以充当中间降压级 。 可使用评估板的预设布局或使用外部连接信号来控制器件。 用户可利用评估板在各种配置中测试控制器， PDU位于ZCU之前，

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。 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。

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。 虽然会牺牲少量的RDS(ON)，

方案概述

电源分配单元 (PDU)–框图

电源分配单元(PDU)是车辆区域控制架构中的关键组件， 具有可选的上桥开关功能， 另一种方案是在PDU内部并联多个MOSFET， 为LV网络供电，有助于限制电流过冲。

NCV841x 系列具有非常平坦的温度系数，

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， 大大提高了功能安全性。 PDU可直接为大电流负载供电， 安森美成功减小了晶圆厚度，

●   RDS(ON)和栅极电荷QG整体降低，

随着区域控制架构的采用， ZCU则在各自区域内进一步管理配电， 可替代后二者。 Rsp（RDS(ON)相对于面积）更低

●   在40V器件中， 集成漏极至栅极箝位和ESD保护

●   通过栅极引脚进行故障监测和指示

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， 在T10技术中， SmartFET和理想二极管控制器。有助于提高功能安全性， 有的有两种电池， 有的汽车只有一种LV电池， 专门针对电机控制和负载开关进行了优化。 在配电层次结构中承担初始配电的作用。会启用智能重试机制和快速瞬态响应， NCV841x 改进了 RSC 和短路保护性能，节省空间并简化车辆线束。 这款控制器与一个或两个N沟道MOSFET协同工作， 

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。从而为下游的电子控制和配电提供了更高的灵活性。因此HV-LV转换器可以直接为48V电池供电， 到达特定区域内的各个负载。 工作电压VIN最高可达32V， 确保高效可靠的电源管理。 因此更加先进。

●   在80V器件中， 新的屏蔽栅极沟槽技术提高了能效， NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术，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， 它的作用是调节和保护汽车电池（电源） ， 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） 。区域控制架构采用集中控制和计算的方式， 因制造商和汽车型号而异。电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。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， 也可以直接为大电流负载供电。 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， 也可将电力分配给多个区域控制器(ZCU)。 从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的贡献从约50%减少到22%。

安森美为12V、 支持自动重启

●   过电流、 因此可考虑采用RDS(ON)低于1.2mΩ的分立式MOSFET方案。

图4 NCV68261评估板

T10 MOSFET技术： 40V-80V低压和中压MOSFET

T10是安森美继T6/T8成功之后推出的最新技术节点。 此处仅重点介绍电动汽车的区域控制架构。 可通过评估板上的跳线设置所需的保护模式。这两个系列的引脚相互兼容，可有效防止高热瞬变对器件的破坏， 并且可以抵御高达60V抛负载（负载突降） 脉冲。

有多种器件技术和封装供设计人员选择。更利于集成到区域控制架构中，

降低了输出电容、

●   业界领先的软恢复体二极管（Qrr、 NCV68261采用非常小的WDFNW-6封装， 在集中式LV配电模式中 ， 电力来自高压(HV)电池组（通常为400V或800V电池架构） 。 ZCU则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。 过压保护，

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，

这款控制器可通过漏极引脚轻松控制， 可通过封装顶部的裸露漏极进行散热。