Filippo, Scrimizzi, 意法半导体, 意大利, filippo.scrimizzi@st.com
Giuseppe, Longo, 意法半导体, 意大利, giuseppe-mos.longo@st.com
Giusy, Gambino, 意法半导体s, 意大利, giusy.gambino@st.com
摘要
意法半导体最先进的40V功率MOSFET能够彻底满意EPS (电动助力转向体系)和EPB (电子驻车制动体系) 等轿车安全体系的机械、环境和电气要求。
这些机电体系有必要契合轿车AEC Q101规范，详细而言，低压MOSFET有必要耐受高温文高尖峰电流。
1. 前语
EPS和EPB体系均由两个首要部件组成：电动伺服单元和机械齿轮单元。电动伺服单元将电机的旋转运动传给机械齿轮单元，进行扭矩扩大，履行机械动作。电动伺服单元是用功率MOSFET完结的两相或三相逆变器，如图1所示。
图1. EPS和EPB体系的伺服单元拓扑
图中负载是一台电机，通常是永磁无刷直流电机(BLDC)，由一个12V电池进行供电。
2. 轿车对功率MOSFET的要求
EPS和EPB逆变器所用的40V功率MOSFET，要想契合AEC Q101轿车认证规范，有必要满意以下一切要求：
1.开关损耗和导通损耗十分低
2.输出电流大
3. Ciss/Crss比值小，EMI抗扰性强
4.优异的耐雪崩功用
5.超卓的过流和短路维护
6.热办理和散热效率高
7.选用安稳的SMD封装
8.抗负载突降和ESD才干优异
2.1. AEC Q101功率MOSFET的参数丈量值
咱们挑选一些契合EPS和EPB体系要求的竞品，与意法半导体的40V轿车功率MOSFET进行比照试验。表1列出了意法半导体的STL285N4F7AG轿车40V功率MOSFET和同级竞品的首要参数丈量值。
表1. STL285N4F7AG与竞品参数丈量值比较表
由于两个安全体系的作业电压都是在12V-13.5V区间，功率MOSFET的标称电压是40V，因而，只需确保击穿电压(BVdss)挨近46V，就能正确地按捺在开关操作过程中因寄生电感而产生的过压。为按捺导通期间的压差，静态导通电阻(RDSon)最好低于1mΩ。只要本征电容和Rg都很小，开关损耗才干降至最低，然后完结快速的开关操作。Crss/Ciss比率是一个十分灵敏的参数，有助于避免米勒效应导致的任何反常导通，并能够更好地操控di/dt和dV/dt速率，配合体-漏二极管Qrr反向康复电荷和反向康复软度，可明显下降器材对EMI的灵敏度。
为满意低耗散功率和电磁搅扰的要求，STL285N4F7AG优化了电容比值(Crss/Ciss)。图2是STL285N4F7AG与竞品的电容比值比较图。
图2. STL285N4F7AG与竞品的Crss/Ciss电容比丈量值比较
此外，图3所示是意法半导体的STL285N4F7AG的体-漏二极管与竞品的功用丈量值比较图。
图3：STL285N4F7AG与竞品的体-漏二极管功用丈量值比较
丈量参数标明，关于一个固定的di/dt值，STL285N4F7AG的反向康复电荷(Qrr)和康复时间(Trr)都小于竞品，这个特性的优点归纳如下：
- 低Qrr可下降逆变器在敞开时的动态损耗，并优化功率级的EMI特性;
- 更好的Trr可改进二极管康复电压上升速率(dv/dt)的动态峰值。在续流期间电流流过体 漏二极管时，Trr是导致电桥毛病的常见首要原因。
因而，dv/dt是确保闩锁效应耐受才干的重要参数，丈量成果显现，意法半导体产品的dv/dt功用(图4)优于竞品(图5)。
图4. STL285N4F7AG的dv/dt t丈量值
图5. 竞品的dv/dt丈量值
2.2. 短路试验功用测验
咱们经过一个短路试验来丈量、验证意法半导体40V轿车功率MOSFET在轿车安全使用中的安稳性。电子体系或许因各种原因而产生短路，例如，存在湿气、缺少绝缘维护、电气部件意外触摸和电压过高。由于短路通常是意外形成的，所以短路很少是永久的，一般继续几微秒。在短路期间，整个体系，特别是功率级有必要接受多个高电流事情。咱们用STL285N4F7AG和测验板做了一个短路试验，丈量成果如图6所示：
图6：测验板
依照以下过程完结试验：
1)用曲线丈量仪预先测验首要电气参数;
2)测验板加热至135°C，并施加两次10μs的短路脉冲，距离小于1s。限流器维护功用激活做一次试验，不激活做一次试验。
3)对器材进行去焊处理，并再次丈量首要电气参数，查看功率MOSFET的完整性或功用衰减。
丈量成果如图7所示。
图7：STL285N4F7AG短路测验
在短路事情过程中丈量到的实践电流值是在2000A范围内，脉冲继续时间为10μs。咱们进行了十次测验，Tperiod =
5s。STL285N4F7AG成功地接受住短路冲击，未产生任何毛病;但当电流值大于2400A时，呈现毛病(图8)。
图8. STL285N4F7AG失效时的电流丈量值(Id > 2400A)
3. 定论
试验数据标明，意法半导体最先进的AEC-Q101
40V功率MOSFET可轻松契合轿车安全体系的严格要求。因而，意法半导体的新沟槽N沟道器材是轿车EPS和EPB体系的最佳挑选。
4. 参考文献
[1] F. Frisina " Dispositivi di Potenza a semiconduttore". Edizione DEL
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[2] B. Jayant Baliga, Fundamentals of Power Semiconductor Devices, Springer
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[3] N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins: "Power Electronics Converters,
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[4] B. Murari, F. Berrotti, G.A. Vignola " Smart Power ICs: Technologies
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