引言

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

瓴芯推出業(yè)界領(lǐng)先的車(chē)規(guī)級(jí)四通道,、160mΩ 智能高邊開(kāi)關(guān)LNQ37160Q1, 是繼四通道、1000mΩ智能高邊開(kāi)關(guān)量產(chǎn)后的第二顆高邊開(kāi)關(guān)芯片,?？蓮V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(jiǎn)介

LNQ37160Q1系列分為A,、B兩款,。LNQ37160AQ1TSR每個(gè)通道都有獨(dú)立的診斷輸出, 當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)高邊開(kāi)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(cè)功能, 控制器可以隨時(shí)獲取每個(gè)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(cè)功能, 可實(shí)現(xiàn)四通道負(fù)載的獨(dú)立控制以及診斷功能,。LNQ37160Q1可以通過(guò)外部電阻靈活的配置限流值的大小, 通過(guò)限制輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載和短路保護(hù), 同時(shí)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(gè)系統(tǒng)的可靠性。

LNQ37160Q1具有以下特點(diǎn)：

• 通過(guò)AEC-Q100 Grade 1驗(yàn)證

• 四通道,、160mΩ 智能高邊開(kāi)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(mén)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(shí)的負(fù)電壓箝位保護(hù)

• 各通道獨(dú)立的過(guò)溫保護(hù)

• 全面的負(fù)載故障狀態(tài)檢測(cè)

• -40 ~ 150℃的工作結(jié)溫

TSSOP-EP28 (4.4mm*9.7mm)

2. 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

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(guò)外部電阻從0到6.5A線性配置 4個(gè)通道的輸出限流值,。通過(guò)將高邊開(kāi)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(guò)載/短路時(shí)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(guò)熱時(shí), LNQ37160Q1會(huì)對(duì)系統(tǒng)的限流值進(jìn)行降額,。當(dāng)器件進(jìn)入絕對(duì)過(guò)溫保護(hù)狀態(tài)后, 會(huì)自動(dòng)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(guò)溫保護(hù)狀態(tài)后限流點(diǎn)的調(diào)整過(guò)程。

圖1. 輸出短路后的過(guò)溫保護(hù)

b) 精準(zhǔn)的電流檢測(cè)功能

LNQ37160BQ1TSR采用了零電流自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù), 電流檢測(cè)精度在25mA時(shí)達(dá)到±18%, 可用于檢測(cè)10mA量級(jí)的電流, 因此可以在MOSFET導(dǎo)通時(shí)進(jìn)行負(fù)載的開(kāi)路檢測(cè), 不僅可以省掉負(fù)載開(kāi)路所需的檢測(cè)電阻, 節(jié)省待機(jī)電流, 而且可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載開(kāi)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(guò)CS腳檢測(cè)的輸出電流<10mA, 且當(dāng)EN為低時(shí)沒(méi)有故障報(bào)告, 可以判定為負(fù)載開(kāi)路故障,。當(dāng)EN為低且有故障報(bào)告時(shí), 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(kāi)路故障和輸出短路到電池的故障區(qū)分開(kāi)來(lái),。

圖2. ICS精度

表1. 負(fù)載開(kāi)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(shí)的負(fù)電壓箝位功能

在汽車(chē)電子應(yīng)用中, 感性負(fù)載十分常見(jiàn), 例如繼電器,、電機(jī)、電磁閥,、雨刮器等負(fù)載,。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間, 感性負(fù)載會(huì)儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí), 電感兩端將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)引起負(fù)壓, 過(guò)大的負(fù)壓可能會(huì)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(shí), 開(kāi)關(guān)管兩端承受的壓降被箝位在VDS (CLAMP) 電壓, 在實(shí)現(xiàn)感性負(fù)載快速關(guān)斷的同時(shí), 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(guò)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(guò)程中可能會(huì)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(shí), 無(wú)論EN為高或?yàn)榈? 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(shí), 高邊開(kāi)關(guān)的保護(hù)波形,。

圖6. 失地保護(hù), VVS = 13.5 V

對(duì)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(shí), 對(duì)于阻性和容性負(fù)載, 無(wú)論EN為高或?yàn)榈? LNQ37160Q1可以迅速關(guān)斷輸出, 不會(huì)帶來(lái)?yè)p壞芯片的風(fēng)險(xiǎn),。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(duì)于感性負(fù)載, 當(dāng)失電的情況發(fā)生時(shí), 感性負(fù)載的電流有可能會(huì)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(chē)應(yīng)用中常見(jiàn)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(píng)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(cè)試。

圖8. 高邊開(kāi)關(guān)短路測(cè)試等效電路

圖9. LNQ37160Q1短路測(cè)試硬件配置

f) 完善的系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證

針對(duì)客戶(hù)的實(shí)際應(yīng)用工況, LNQ37160Q1通過(guò)了一系列系統(tǒng)應(yīng)用方面的測(cè)試, 如：

• 車(chē)規(guī)可靠性測(cè)試報(bào)告, AEC-Q100 (CNAS實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證) 

• 瓴芯可靠性加嚴(yán)測(cè)試, AEC-Q100 Grade 1加嚴(yán)測(cè)試, 滿(mǎn)載HTOL測(cè)試

• 開(kāi)關(guān)器件短路測(cè)試報(bào)告, AEC-Q100-012

• 系統(tǒng)EMC測(cè)試報(bào)告, CISPR 25-2016 Class 5

• 電源瞬態(tài)抗干擾測(cè)試報(bào)告, ISO 7637/ISO 16750

3. 產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)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(kāi)關(guān),。使得該系列芯片可廣泛應(yīng)用對(duì)于安全等級(jí)要求更高的車(chē)載系統(tǒng)應(yīng)用中：

• 車(chē)載中控和ADAS應(yīng)用

• BMS應(yīng)用

• 車(chē)身控制模塊

• 域控制器

• 通用的阻性, 感性和容性負(fù)載