引言

隨著汽車行業(yè)電子電氣架構的升級, 電氣化、智能化和網聯化進程加速, 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、域控制器等應用中對高邊智能開關芯片的需求也在日益增長,。

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

1. 產品簡介

LNQ37160Q1系列分為A,、B兩款,。LNQ37160AQ1TSR每個通道都有獨立的診斷輸出, 當有故障發(fā)生時高邊開關可以準確定位發(fā)生故障的通道, 迅速做出響應；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載狀況,。

LNQ37160Q1導通電阻為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, 可實現四通道負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過載和短路保護, 同時還具備了失地保護和失電保護功能, 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

• 單通道額定工作電流2.5A

• 外部可調的限流保護門限值

• 輸出短路保護

• 失地保護和失電保護

• 感性負載關斷時的負電壓箝位保護

• 各通道獨立的過溫保護

• 全面的負載故障狀態(tài)檢測

• -40 ~ 150℃的工作結溫

TSSOP-EP28 (4.4mm*9.7mm)

2. 產品優(yōu)勢

a) 可調限流保護功能

LNQ37160Q1具有內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,。通過將高邊開關的輸出電流設定在負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)的限流值進行降額,。當器件進入絕對過溫保護狀態(tài)后, 會自動降低限流保護值到設定值的70%, 以此減少器件的熱應力, 提高系統(tǒng)的可靠性。下圖可以很好的展示輸出短路進入過溫保護狀態(tài)后限流點的調整過程,。

圖1. 輸出短路后的過溫保護

b) 精準的電流檢測功能

LNQ37160BQ1TSR采用了零電流自動校準技術, 電流檢測精度在25mA時達到±18%, 可用于檢測10mA量級的電流, 因此可以在MOSFET導通時進行負載的開路檢測, 不僅可以省掉負載開路所需的檢測電阻, 節(jié)省待機電流, 而且可以實現負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EN為高, 通過CS腳檢測的輸出電流<10mA, 且當EN為低時沒有故障報告, 可以判定為負載開路故障。當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. 負載開路故障與輸出短路到電池故障判斷表

c) 感性負載關斷時的負電壓箝位功能

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

圖3. 負電壓箝位電路示意圖

圖4. 感性負載關斷示意圖

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圖5. VDS Clamp波形, VVS = 13.5 V

d) 失地保護和失電保護

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

• 失地保護

當發(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都可以迅速關斷輸出,。圖6展示了當高邊系統(tǒng)失地時, 高邊開關的保護波形。

圖6. 失地保護, VVS = 13.5 V

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

• 失電保護

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

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圖7. 失電保護波形, VVS = 13.5 V

對于感性負載, 當失電的情況發(fā)生時, 感性負載的電流有可能會從LNQ37160Q1內部續(xù)流, 泄放能量,。瓴芯推薦在芯片地與大地之間加地網絡, 并增加外部續(xù)流電路,。

e) 高可靠性的短路保護功能

短路是汽車應用中常見的故障現象, 芯片能否可靠穩(wěn)定地工作與短路故障保護能力息息相關,。為了評估LNQ37160Q1的短路保護能力, 瓴芯根據AEC-Q100-012標準的要求進行了嚴格的測試。

圖8. 高邊開關短路測試等效電路

圖9. LNQ37160Q1短路測試硬件配置

f) 完善的系統(tǒng)應用驗證

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

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

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

• 開關器件短路測試報告, 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. 產品應用場景

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

• 車載中控和ADAS應用

• BMS應用

• 車身控制模塊

• 域控制器

• 通用的阻性, 感性和容性負載