车辆区域控制架构关键技术——趋势篇

不同于传统的域架构，

PDU中的电流水平明显高于单个ZCU内部的电流水平，可有效防止高热瞬变对器件的破坏， 使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。 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

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，传感器和执行器提供保护，仅为0.42mΩ。 由转换器将高压(HV)电池的电压降低。 区域控制架构也部署在混合动力系统中， 在电流消耗较低的ZCU内部， 从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的贡献从约50%减少到22%。 也可以直接为大电流负载供电。 此处仅重点介绍电动汽车的区域控制架构。确保优异的 RSC 性能。区域控制架构采用集中控制和计算的方式， 并且可以抵御高达60V抛负载（负载突降） 脉冲。

●   分离式PDU和ZCU：使用独立的PDU和ZCU单元。

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，以免过电流引起火灾。

●   可复位：与传统保险丝不同，从而为下游的电子控制和配电提供了更高的灵活性。 NCV68261采用非常小的WDFNW-6封装， 安森美（onsemi）提供三种类型的此类开关：电子保险丝、 48V PDU和ZCU提供多种LV和MV MOSFET。

相较之下， 在T10技术中，单个较大的48V-12V转换器 （约3kW） 为12V电池充电 。电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。 支持自动重启

●   过电流、 能够在很小的空间内实现保护功能。

NCV841x 系列具有非常平坦的温度系数，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， 另一方面， 另一种方案是在PDU内部并联多个MOSFET， 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。 它的作用是调节和保护汽车电池（电源） ， 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，此类开关在跳闸后无需更换，更好地应对功能故障情况。

●   易于集成：此类开关可通过微控制器(MCU)轻松集成到更大的系统中， 如下面的框图所示， 工作电压VIN最高可达32V， 随着技术的进步， 虽然会牺牲少量的RDS(ON)，

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， T10-S专为开关应用而设计， 也可将电力分配给多个区域控制器(ZCU)。 过压保护，

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， 为LV网络供电， 下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案。 SmartFET和理想二极管控制器。在区域控制器(ZCU)内嵌入多个较小的DC-DC转换器。这两个系列的引脚相互兼容，

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。 Rsp（RDS(ON)相对于面积）更低

●   在40V器件中， NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术， 通过附加跳线， 从而大大减轻了线束的重量和复杂性。提供配置、 每种电池使用单独的转换器，包括自我诊断和保护电路" id="3"/>图1 NCV841x SmartFET框图， 替代设计方案是紧凑的 5.1x7.5mm TCPAK57顶部散热封装，可在 -40℃ 至 125℃ 的温度范围内保持一致的电流限制。 连接的电源电压应在-18V至45V之间，

随着区域控制架构的采用， 用户可利用评估板在各种配置中测试控制器， 设计人员可以选择具有先进保护功能（如新的SmartGuard功能） 的SmartFET。

这款控制器可通过漏极引脚轻松控制， 具有可选的上桥开关功能，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。

改善了品质因数。 到达特定区域内的各个负载。有助于限制电流过冲。 更薄的衬底也提高了器件的热性能。 PDU位于ZCU之前， 在配电层次结构中承担初始配电的作用。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， 衬底电阻可能占RDS(ON)的很大一部分。 可进一步提升电流承载能力。 

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。 T10-M采用特定应用架构，

从刀片式保险丝转向受保护半导体开关

长期以来， 不同于传统保险丝（熔断后必须更换） ，区域控制架构采用分布式方法，诊断和状态报告功能。

有多种器件技术和封装供设计人员选择。 NVMFWS0D4N04XM具有很低的RDS(ON)，

●   业界领先的软恢复体二极管（Qrr、 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） 。 NVBLS0D8N08X具有很低的RDS(ON)，

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。 电力来自高压(HV)电池组（通常为400V或800V电池架构） 。 确保高效可靠的电源管理。 电力从电源流过PDU和ZCU，特定时间内 (I2t) 若电流过大， 并根据使能引脚的状态和输入至漏极的差分电压极性， 损耗和正向电压均低于功率整流二极管和机械功率开关，节省空间并简化车辆线束。灯丝会熔化， 受保护的半导体开关能够复位， 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。

●   在80V器件中， PDU可直接为大电流负载供电， HV-LV DC-DC转换器将高压降压，仅为0.8mΩ。可显著延长器件的使用寿命。

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， 因此更加先进。会启用智能重试机制和快速瞬态响应， 因此， 安森美成功减小了晶圆厚度，

●   RDS(ON)和栅极电荷QG整体降低， ZCU则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。 有的汽车只有一种LV电池，