【導讀】功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)在(zai)各(ge)種(zhong)非(fei)正(zheng)常(chang)工(gong)況(kuang)下(xia)保(bao)護(hu)自(zi)己(ji)並(bing)報(bao)錯(cuo)會(hui)大(da)大(da)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)自(zi)身(shen)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。以(yi)下(xia)圖(tu)中(zhong)英(ying)飛(fei)淩(ling)的(de)智(zhi)能(neng)高(gao)邊(bian)經(jing)典(dian)產(chan)品(pin)PROFET係列為例，它集成了診斷和保護功能(Protect)的功率器件(MOSFET)，它ta可ke以yi對dui異yi常chang工gong況kuang作zuo出chu反fan應ying，並bing及ji時shi向xiang控kong製zhi單dan元yuan彙hui報bao。尤you其qi是shi在zai汽qi車che級ji的de應ying用yong中zhong
，汽qi車che複fu雜za的de電dian氣qi架jia構gou大da大da提ti高gao了le電dian子zi的de故gu障zhang檢jian測ce的de難nan度du，我wo們men需xu要yao知zhi道dao電dian路lu和he器qi件jian的de工gong作zuo狀zhuang態tai，才cai能neng快kuai速su對dui故gu障zhang進jin行xing定ding位wei。

01 什麼是智能功率開關(Smart power switch)

功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)在(zai)各(ge)種(zhong)非(fei)正(zheng)常(chang)工(gong)況(kuang)下(xia)保(bao)護(hu)自(zi)己(ji)並(bing)報(bao)錯(cuo)會(hui)大(da)大(da)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)自(zi)身(shen)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。以(yi)下(xia)圖(tu)中(zhong)英(ying)飛(fei)淩(ling)的(de)智(zhi)能(neng)高(gao)邊(bian)經(jing)典(dian)產(chan)品(pin)PROFET係列為例，它集成了診斷和保護功能(Protect)的功率器件(MOSFET)，它ta可ke以yi對dui異yi常chang工gong況kuang作zuo出chu反fan應ying
，並bing及ji時shi向xiang控kong製zhi單dan元yuan彙hui報bao。尤you其qi是shi在zai汽qi車che級ji的de應ying用yong中zhong
，汽qi車che複fu雜za的de電dian氣qi架jia構gou大da大da提ti高gao了le電dian子zi的de故gu障zhang檢jian測ce的de難nan度du
，我wo們men需xu要yao知zhi道dao電dian路lu和he器qi件jian的de工gong作zuo狀zhuang態tai，才cai能neng快kuai速su對dui故gu障zhang進jin行xing定ding位wei。

英飛淩智能高邊開關PROFET係列

智能功率開關適用於驅動不同類型的負載，如阻性負載（PTC），感性負載（電機），容rong性xing負fu載zai和he車che燈deng。並bing可ke以yi取qu代dai汽qi車che係xi統tong中zhong的de許xu多duo元yuan件jian，比bi如ru繼ji電dian器qi和he保bao險xian絲si等deng。它ta包bao含han了le許xu多duo種zhong保bao護hu功gong能neng以yi應ying對dui電dian路lu中zhong各ge種zhong常chang見jian的de失shi效xiao問wen題ti。同tong時shi它ta還hai具ju備bei電dian流liu檢jian測ce功gong能neng，在zai對dui電dian路lu檢jian測ce精jing度du要yao求qiu並bing不bu苛ke刻ke的de應ying用yong中zhong，可ke以yi額e外wai節jie省shengshunt電阻以及分立差分比較器。某些特定的產品家族還帶有開關速度調節功能
，這種功能在優化電流尖峰和EMI時十分實用。在PCB板的布局上，由於英飛淩的智能功率開關器件有著極高的集成度
，它甚至不需要比分立MOSFET多很多的Pin腳。

02 智能功率開關如何避免失效問題

想保護功率器件避免失效，我們需要先分析常見的失效原因並一一解決。

對於傳統的分立MOSFET器件常見的失效原因有：

1. 供電電壓劇烈波動（比如汽車的12V電氣係統
，在點火和搭電啟動時電壓可能會有5.5V至24V的波動）所引發的過壓問題

2. 感性負載關斷時在MOSFET兩端所產生的電壓尖峰V_ds=V_bat+V_L所導致的器件過壓

3. 負載或電路中某處短路所產生的短路電流使器件過流/過溫失效

因此，在汽車12V或是24V電氣係統中使用MOSFET，需要充分考慮器件的breakdown voltage是否可以承受電壓的劇烈波動。而感性負載的電壓尖峰則可以通過對器件開關速度的調節進行一定優化。對於過流/過溫所產生的失效問題則可以通過及時斷開MOSFET從而對器件和電路進行保護。

除(chu)了(le)以(yi)上(shang)幾(ji)種(zhong)失(shi)效(xiao)問(wen)題(ti)以(yi)外(wai)，還(hai)有(you)一(yi)些(xie)異(yi)常(chang)工(gong)況(kuang)比(bi)如(ru)負(fu)載(zai)突(tu)然(ran)斷(duan)開(kai)或(huo)者(zhe)電(dian)池(chi)欠(qian)壓(ya)，雖(sui)然(ran)不(bu)一(yi)定(ding)會(hui)產(chan)生(sheng)元(yuan)器(qi)件(jian)損(sun)壞(huai)，但(dan)此(ci)時(shi)電(dian)路(lu)已(yi)經(jing)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)及(ji)時(shi)知(zhi)道(dao)電(dian)路(lu)的(de)狀(zhuang)態(tai)並(bing)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。

最(zui)後(hou)值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)的(de)是(shi)
，電(dian)池(chi)反(fan)極(ji)性(xing)問(wen)題(ti)在(zai)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)中(zhong)也(ye)是(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)一(yi)種(zhong)失(shi)效(xiao)模(mo)型(xing)。因(yin)為(wei)在(zai)更(geng)換(huan)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)或(huo)者(zhe)是(shi)搭(da)電(dian)啟(qi)動(dong)時(shi)
，粗(cu)心(xin)的(de)司(si)機(ji)可(ke)能(neng)會(hui)將(jiang)電(dian)池(chi)接(jie)反(fan)。而(er)當(dang)電(dian)池(chi)反(fan)接(jie)時(shi)
，MOSFET的體二極管會直接導通並產生大量損耗，引起芯片快速升溫。

03 智能功率開關的選擇

智能功率開關分為智能高邊開關和低邊開關。顧名思義

，高邊開關(High side switch)表示功率開關處於負載高電勢的一側，即電池和負載之間。而低邊開關(Low side switch)處於負載的低電勢一側
，通常是在負載和地之間。

如上圖中所示

，正常工作時兩者都可以使電路導通或者斷開。對於圖示高邊電路中的兩個短路點，斷開MOSFET都可以很好的保護電路和負載。但對於低邊電路中的兩個短路點，斷開低邊MOSFET之後
，電路仍處於電源對地短路或者是負載無法斷開的問題。隻有在低邊開關之後的電路對地短路，關閉MOSFET才可以使電路斷開。相比之下，電路中使用高邊開關會有更好的保護效果。但需要注意的是
，想在高邊使用N通道MOSFET，由於它的源極電壓不固定，就需要額外的Charge pump或Bootstrap電路對開關管進行驅動。

智能高邊開關PROFET係xi列lie針zhen對dui不bu同tong種zhong類lei的de負fu載zai會hui有you相xiang應ying的de保bao護hu功gong能neng，比bi如ru當dang容rong性xing負fu載zai上shang的de電dian壓ya高gao於yu電dian池chi電dian壓ya時shi會hui產chan生sheng與yu電dian池chi反fan極ji性xing相xiang似si的de問wen題ti
，此ci時shi智zhi能neng高gao邊bian開kai關guan會hui報bao錯cuo並bing打da開kaiMOSFET，使shi電dian流liu從cong通tong道dao中zhong流liu過guo，從cong而er降jiang低di芯xin片pian整zheng體ti的de發fa熱re量liang。當dang感gan性xing負fu載zai關guan斷duan時shi
，英ying飛fei淩ling的de智zhi能neng鉗qian位wei功gong能neng可ke以yi抑yi製zhi電dian壓ya尖jian峰feng從cong而er保bao護hu功gong率lv器qi件jian。

英飛淩智能高邊家族中除了PROFET係列之外還有適用於ADAS應用的Load Guard係列
，它的特點是具有可調節的限流保護功能。

而低邊智能開關因為對整個電路的保護能力受到限製（在電池對地短路和負載開路時無法對電路施加影響）
，更需要考慮過溫/過流保護。因此英飛淩的智能低邊開關（Highly Integrated Temperature protected FET）被稱為HITFET。但除了保護功能之外

，英飛淩HITFET係列的低邊智能開關會額外具備一個開關速度調節的功能(Slew rate adjustment)以提升EMI性能。

除此之外還有支持SPI控製的多通道高邊開關SPOC家族，多通道智能低邊FLEX家族以及多個高低邊可以自定義的 SPIDER家族。

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