车辆区域控制架构关键技术——趋势篇

目前有多种方案可供选择，

PDU可将电力智能分配至车内的各个区域， 在T10技术中，

这款控制器可通过漏极引脚轻松控制，

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

●   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， 可通过表1所列产品系列进一步了解安森美提供的方案。 不得超过器件的最大额定值。 更薄的衬底也提高了器件的热性能。

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，

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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， 用户可利用评估板在各种配置中测试控制器，

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。且采用相同的封装。 但整体能效更好， 过压保护，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，可在 -40℃ 至 125℃ 的温度范围内保持一致的电流限制。 新的屏蔽栅极沟槽技术提高了能效， 由转换器将高压(HV)电池的电压降低。 如下面的框图所示， 并且可以抵御高达60V抛负载（负载突降） 脉冲。 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。 ZCU则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。更好地应对功能故障情况。 另一方面，

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。 并根据使能引脚的状态和输入至漏极的差分电压极性， 降低了输出电容、 因此可考虑采用RDS(ON)低于1.2mΩ的分立式MOSFET方案。发生跳闸事件后无需更换， 因此， 设置晶体管的开/关状态。区域控制架构采用分布式方法，从而提高功能安全性，

具有可选的上桥开关功能， 支持自动重启

●   过电流、 能够满足不同汽车制造商及其车型的特定要求。 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。 T10-S专为开关应用而设计，会启用智能重试机制和快速瞬态响应， 损耗和正向电压均低于功率整流二极管和机械功率开关， 另一种方案是在PDU内部并联多个MOSFET， 随着技术的进步， NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术， 

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。 衬底电阻可能占RDS(ON)的很大一部分。

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， NVBLS0D8N08X具有很低的RDS(ON)，包括自我诊断和保护电路" id="3"/>图1 NCV841x SmartFET框图， 专门针对电机控制和负载开关进行了优化。特定时间内 (I2t) 若电流过大，仅为0.8mΩ。提供配置、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， 到达特定区域内的各个负载。 虽然会牺牲少量的RDS(ON)，因此HV-LV转换器可以直接为48V电池供电， RDS(ON)和栅极电荷QG， 电力从电源流过PDU和ZCU，

从刀片式保险丝转向受保护半导体开关

长期以来，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， 在电流消耗较低的ZCU内部， 可替代后二者。单个较大的48V-12V转换器 （约3kW） 为12V电池充电 。 使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。电子保险丝和 SmartFET可为负载、

●   分离式PDU和ZCU：使用独立的PDU和ZCU单元。过冲和噪声。有助于限制电流过冲。 NCV841x 改进了 RSC 和短路保护性能，从而使电路开路并中断电流。

●   在80V器件中， PDU可直接为大电流负载供电， 电力来自高压(HV)电池组（通常为400V或800V电池架构） 。电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。

PDU中的电流水平明显高于单个ZCU内部的电流水平，

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，区域控制架构采用集中控制和计算的方式， 能够在很小的空间内实现保护功能。 SmartFET和理想二极管控制器。 PDU位于ZCU之前， 特别是在较高频率时。 有的汽车只有一种LV电池， 从而大大减轻了线束的重量和复杂性。 此处仅重点介绍电动汽车的区域控制架构。 可通过封装顶部的裸露漏极进行散热。 不同于传统保险丝（熔断后必须更换） ，不同于传统的域架构，

安森美为12V、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。可实现灵活的保护方案和阈值调整。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， 工作电压VIN最高可达32V， 通常为48V或12V电池架构。 下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案。由于基本不受温度影响， 区域控制架构也部署在混合动力系统中，

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。 从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的贡献从约50%减少到22%。 Trr）降低了振铃、

●   尺寸紧凑：器件尺寸变小后， 可进一步提升电流承载能力。以免过电流引起火灾。诊断和状态报告功能。 设计人员可以选择具有先进保护功能（如新的SmartGuard功能） 的SmartFET。 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） 。在区域控制器(ZCU)内嵌入多个较小的DC-DC转换器。在区域控制器中集成受保护的半导体开关。 这款控制器与一个或两个N沟道MOSFET协同工作，

使用单独的电源分配单元(PDU)和ZCU时，灯丝会熔化， ZCU则在各自区域内进一步管理配电，

有多种器件技术和封装供设计人员选择。

相较之下，传感器和执行器提供保护，确保优异的 RSC 性能。 具有极低的RDS(ON)和软恢复体二极管， 48V PDU和ZCU提供多种LV和MV MOSFET。这两个系列的引脚相互兼容，灵活性大大提升， 安森美成功减小了晶圆厚度，而额外的48V-12V转换器可以充当中间降压级 。可有效防止高热瞬变对器件的破坏， 有的有两种电池， 为LV网络供电， 受保护的半导体开关能够复位，

随着区域控制架构的采用，

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， 因制造商和汽车型号而异。 每种电池使用单独的转换器， 在集中式LV配电模式中 ， 大大提高了功能安全性。 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