车规MOSFET技术确保功率开关管的可靠性和强电流处理能力

  解决方案的规模，安全性以及可靠性等都提出了全新的需求。另外，由于汽车电控单元（ECU）增加了互联和

  高端车辆使用多达数百个ECU，这要求电源管理必须更高效，汽车电池和负载点之间的电源路径更安全，以减少电子器件失效情况出现。用电子保险(eFuse)代替传统保险丝，能大大的提升电气安全性。传统保险丝因导体过载时会过热熔融，电子保险经过控制输出电压来限制输出电流并向负载提供合适的电压电流；当故障继续发生后，负载连接最后被切断。应对高能放电时，大电流用电环境对功率开关管有严格要求，所以要具有鲁棒性与可靠性的功率开关管。

  大电流功率开关管为低串联在主电源轨上，通过逻辑电路对其来控制，集多种保护，诊断，检测等功能于一体。在大功率汽车电源系统中，通过背靠背连接的 MOSFET开关管，能够保证保险盒对电流双向控制，为电源路径提供强大的保护（图 1）。

  电阻器(RLIM)实时检测电源轨电流，eFuse电子保险调整 MOSFET的栅源电压(VGS)，将电流限制在目标值，保持电流恒定。如果发生强过流或短路，控制器就会断开负载，保护电源。

  当负载打开后，eFuse根据预设值增大输出电压以保证涌流维持在安全的范围以内，以保护负载及电源。这就对功率MOSFET提出了严格的要求，它们一定要承受ECU输入端的大容量电容器阵列在软充电阶段线性模式的恒定电流。

  当负载断开时，与连接主电池和终端应用负载的线束相关的寄生杂散电感释放能量，功率 MOSFET处于电压应力状态。

  发布的STPOWER STripFET F8 MOSFET技术充分满足AEC Q101规定要求，反映出全部设计上的显着改进，保证开关管的高能效、高鲁棒性以达到安全、可靠开关性能。

  对于12V 铅酸电池供电的传统汽车负载，功率开关一定要承受 ECU要求的高达 160 A 至 200 A 的连续电流，以实现 1kW 范围内的功率输出。

  功率MOSFET在ECU输入端大容量电容器阵列预充电阶段除大电流外，还要承受软点火需要恒定电流，本实用新型使得ECU输入引脚处电压升高光滑，避免了任何高压振荡以及电流尖峰现象。

  该电路可利用恒定电流给负载电容（CLOAD）进行充电：可通过调整V1电压值和VDD电压值来维持电流不变，以便给CLOAD设定具体的充电时间。测试电容为94mF堆栈电容、15V负载及电源电压。

  图 3 是案例1的线性模式操作的测量波形，图4是案例2的线性模式操作的测量波形。

  在案例 1 中，使用接近直流操作的长脉冲时间测试功率开关的线性模式鲁棒性。

  Vth的阈值范围被限定在一些范围内( 3%)，使两个 MOSFET的电流差很小：

  在这种情况下(案例2)，用大电流测试功率开关的线性模式鲁棒性，脉冲时间持续几毫秒。

  在两种条件下功率MOSFET均能经受线性模式的工况，且处于理论安全工作区域（SOA）以内，从而防止了器件的任何热失控。

  关断过程中功率MOSFET要经受很大能量放电应力。在实际应用中，将主电池与终端应用控制板相连的线束中，由于寄生杂散电感产生高阻抗而导致配电系统中发生了一个能量极大的放电事件。

  在ECU电控单元情况中，这种能量释放可以视为 MOSFET 关断时的单次雪崩事件来处理，或用有源钳位电路强制MOSFET回到线A的雪崩击穿测试中保持正常工作，如图5所示：

  对12V/24V汽车电源系统而言，eFuse电子保险开关管应符合ISO 7637-2等国际标准中的主要条款，能承受电源轨发生的急剧高低电能瞬变事件并在一定条件下伴有较高dv/dt电压升高率。

  Pulse 1 标准描述了当电源连接断开时，在与感性负载并联的电子器件上观察到的负电压瞬变，如图 6 所示。

  实验数据证明，STL325N4LF8AG 通过了 ISO 7637-2 脉冲 1 测试，没发生任何失效或主要额定参数降低现象。

  Pulse 2a标准描述了当与被测电子器件并联的电路电流中断时也许会出现的正电压尖峰，如图 8 所示：

  实验数据证明，STL325N4LF8AG 通过了 ISO 7637-2 脉冲2a测试，没发生任何失效或主要额定参数降低现象。

  Pulses 3a 和 3b定义了受线束分布电容和电感的影响，在开关过程也许会出现的负电压尖峰，如图 11 和图12 所示：

  Pulses 5a,5b分别为负载突降瞬变电压仿真试验。负载突降是指在交流发电机产生充电电流的过程中，放电电池断开连接，而其他负载仍与交流发电机连接的情况，如图14和15所示：

  STL325N4LF8AG采用意法半导体新开发的STripFET F8制造技术，为了处理eFuse电子保险应用中一切有关电压应力情况所特别设计。电源关闭及开启状态下可承受有关电压应力。另外，这种MOSFET已经过国际标准ISO 7637-2中对12V/24V车辆电池系统导通瞬变的检测。同级别顶级性能，使得STL325N4LF8AG非常适合于苛刻的汽车应用条件下，设计出更安全可靠的配电系统。