引言

隨著汽車行業(yè)電子電氣架構(gòu)的升級, 電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程加速, 車載電子系統(tǒng)對在線OTA升級和在線故障診斷提出了更高的需求, 因此在車載中控,、ADAS,、BMS、車身控制模塊,、域控制器等應(yīng)用中對高邊智能開關(guān)芯片的需求也在日益增長,。

瓴芯推出業(yè)界領(lǐng)先的車規(guī)級四通道、160mΩ 智能高邊開關(guān)LNQ37160Q1, 是繼四通道,、1000mΩ智能高邊開關(guān)量產(chǎn)后的第二顆高邊開關(guān)芯片,。可廣泛用于攝像頭, 儀表, LED燈, 繼電器, 電磁閥, 電阻加熱絲等負(fù)載元件,。

1. 產(chǎn)品簡介

LNQ37160Q1系列分為A,、B兩款,。LNQ37160AQ1TSR每個通道都有獨立的診斷輸出, 當(dāng)有故障發(fā)生時高邊開關(guān)可以準(zhǔn)確定位發(fā)生故障的通道, 迅速做出響應(yīng)；LNQ37160BQ1TSR具有精確的電流檢測功能, 控制器可以隨時獲取每個通道的負(fù)載狀況,。

LNQ37160Q1導(dǎo)通電阻為160mΩ, 單通道持續(xù)工作電流可支持2.5A, 具有高精度的電流檢測功能, 可實現(xiàn)四通道負(fù)載的獨立控制以及診斷功能,。LNQ37160Q1可以通過外部電阻靈活的配置限流值的大小, 通過限制輸出電流來實現(xiàn)過載和短路保護(hù), 同時還具備了失地保護(hù)和失電保護(hù)功能, 極大的提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

LNQ37160Q1具有以下特點：

• 通過AEC-Q100 Grade 1驗證

• 四通道,、160mΩ 智能高邊開關(guān)

• 單通道額定工作電流2.5A

• 外部可調(diào)的限流保護(hù)門限值

• 輸出短路保護(hù)

• 失地保護(hù)和失電保護(hù)

• 感性負(fù)載關(guān)斷時的負(fù)電壓箝位保護(hù)

• 各通道獨立的過溫保護(hù)

• 全面的負(fù)載故障狀態(tài)檢測

• -40 ~ 150℃的工作結(jié)溫

TSSOP-EP28 (4.4mm*9.7mm)

2. 產(chǎn)品優(yōu)勢

a) 可調(diào)限流保護(hù)功能

LNQ37160Q1具有內(nèi)部固定限流和外部限流兩種模式, 可通過外部電阻從0到6.5A線性配置 4個通道的輸出限流值,。通過將高邊開關(guān)的輸出電流設(shè)定在負(fù)載峰值電流附近可以降低系統(tǒng)過載/短路時的最大輸出電流, 從而提升系統(tǒng)的可靠性, 并且降低PCB布線, 輸入輸出線纜、接插件的成本,。

在系統(tǒng)過熱時, LNQ37160Q1會對系統(tǒng)的限流值進(jìn)行降額,。當(dāng)器件進(jìn)入絕對過溫保護(hù)狀態(tài)后, 會自動降低限流保護(hù)值到設(shè)定值的70%, 以此減少器件的熱應(yīng)力, 提高系統(tǒng)的可靠性。下圖可以很好的展示輸出短路進(jìn)入過溫保護(hù)狀態(tài)后限流點的調(diào)整過程,。

圖1. 輸出短路后的過溫保護(hù)

b) 精準(zhǔn)的電流檢測功能

LNQ37160BQ1TSR采用了零電流自動校準(zhǔn)技術(shù), 電流檢測精度在25mA時達(dá)到±18%, 可用于檢測10mA量級的電流, 因此可以在MOSFET導(dǎo)通時進(jìn)行負(fù)載的開路檢測, 不僅可以省掉負(fù)載開路所需的檢測電阻, 節(jié)省待機電流, 而且可以實現(xiàn)負(fù)載開路故障和輸出短路到電池故障的區(qū)分,。區(qū)分方式如表1所示, 當(dāng)EN為高, 通過CS腳檢測的輸出電流<10mA, 且當(dāng)EN為低時沒有故障報告, 可以判定為負(fù)載開路故障。當(dāng)EN為低且有故障報告時, 可判斷為發(fā)生了輸出短路到電池的故障,。如此就可以將負(fù)載開路故障和輸出短路到電池的故障區(qū)分開來,。

圖2. ICS精度

表1. 負(fù)載開路故障與輸出短路到電池故障判斷表

c) 感性負(fù)載關(guān)斷時的負(fù)電壓箝位功能

在汽車電子應(yīng)用中, 感性負(fù)載十分常見, 例如繼電器、電機,、電磁閥,、雨刮器等負(fù)載。在開關(guān)導(dǎo)通期間, 感性負(fù)載會儲存能量,。當(dāng)開關(guān)斷開時, 電感兩端將產(chǎn)生反電動勢引起負(fù)壓, 過大的負(fù)壓可能會損壞芯片內(nèi)部的電路,。如圖33所示, LNQ37160Q1內(nèi)部集成了電壓箝位電路, 當(dāng)電感值較小的感性負(fù)載關(guān)斷時, 開關(guān)管兩端承受的壓降被箝位在VDS (CLAMP) 電壓, 在實現(xiàn)感性負(fù)載快速關(guān)斷的同時, 可以將輸出負(fù)壓限制在安全范圍內(nèi), 保護(hù)芯片不被損壞。感性負(fù)載關(guān)斷的電壓和電流過程如圖44所示,。

圖3. 負(fù)電壓箝位電路示意圖

圖4. 感性負(fù)載關(guān)斷示意圖

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圖5. VDS Clamp波形, VVS = 13.5 V

d) 失地保護(hù)和失電保護(hù)

LNQ37160Q1在應(yīng)用過程中可能會存在輸入供電線或者地線丟失的情況, 關(guān)于這兩種工況的分析如下：

• 失地保護(hù)

當(dāng)發(fā)生高邊系統(tǒng)失地, 例如輸入地線脫落等情況發(fā)生時, 無論EN為高或為低, LNQ37160Q1都可以迅速關(guān)斷輸出,。圖6展示了當(dāng)高邊系統(tǒng)失地時, 高邊開關(guān)的保護(hù)波形。

圖6. 失地保護(hù), VVS = 13.5 V

對于感性負(fù)載, 瓴芯推薦在芯片地與大地之間加地網(wǎng)絡(luò), 并增加外部續(xù)流電路以更好地保護(hù)芯片,。

• 失電保護(hù)

當(dāng)輸入迅速掉電, 例如輸入電源線脫落等情況發(fā)生時, 對于阻性和容性負(fù)載, 無論EN為高或為低, LNQ37160Q1可以迅速關(guān)斷輸出, 不會帶來損壞芯片的風(fēng)險,。失電保護(hù)波形如圖7所示。

Time (100us/DIV) 

圖7. 失電保護(hù)波形, VVS = 13.5 V

對于感性負(fù)載, 當(dāng)失電的情況發(fā)生時, 感性負(fù)載的電流有可能會從LNQ37160Q1內(nèi)部續(xù)流, 泄放能量,。瓴芯推薦在芯片地與大地之間加地網(wǎng)絡(luò), 并增加外部續(xù)流電路,。

e) 高可靠性的短路保護(hù)功能

短路是汽車應(yīng)用中常見的故障現(xiàn)象, 芯片能否可靠穩(wěn)定地工作與短路故障保護(hù)能力息息相關(guān)。為了評估LNQ37160Q1的短路保護(hù)能力, 瓴芯根據(jù)AEC-Q100-012標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行了嚴(yán)格的測試,。

圖8. 高邊開關(guān)短路測試等效電路

圖9. LNQ37160Q1短路測試硬件配置

f) 完善的系統(tǒng)應(yīng)用驗證

針對客戶的實際應(yīng)用工況, LNQ37160Q1通過了一系列系統(tǒng)應(yīng)用方面的測試, 如：

• 車規(guī)可靠性測試報告, AEC-Q100 (CNAS實驗室認(rèn)證) 

• 瓴芯可靠性加嚴(yán)測試, AEC-Q100 Grade 1加嚴(yán)測試, 滿載HTOL測試

• 開關(guān)器件短路測試報告, AEC-Q100-012

• 系統(tǒng)EMC測試報告, CISPR 25-2016 Class 5

• 電源瞬態(tài)抗干擾測試報告, ISO 7637/ISO 16750

3. 產(chǎn)品應(yīng)用場景

LNQ37160Q1是一款4通道, 4V至40V的寬輸入電壓范圍, 帶完整診斷和保護(hù)功能的智能高邊開關(guān),。使得該系列芯片可廣泛應(yīng)用對于安全等級要求更高的車載系統(tǒng)應(yīng)用中：

• 車載中控和ADAS應(yīng)用

• BMS應(yīng)用

• 車身控制模塊

• 域控制器

• 通用的阻性, 感性和容性負(fù)載