作者 Benoit Rousseau 英飞凌科技股份公司
摘要：本文介绍了英飞凌的可作为机电式继电器和保险丝的替代品的全新的Power PROFET产品，并介绍了其在配电架构中的运用。
导言
英飞凌(其时为西门子半导体业务部)在大约25年前向商场推出第一批PROFET(PROtected mosFET)产品。这意味着在许多不同的轿车车身运用中，继电器和保险丝的替代品总算现身。现在，半导体处理方案已在电流适中(<10A)的车身操控模块商场占有最大比例。不过，继电器现在仍广泛用于大电流负载，如发动机冷却、后窗加热、风挡除霜器、操控单元主开关、电制动体系真空泵等。这是因为迄今为止一向没有高功用的半导体替代品可供运用。超低电阻智能高边开关Power PROFET产品宗族的出现现已改变了这种局势，配电范畴迎来了新时代。
1 全新Power PROFET
作为机电式继电器和保险丝的替代品，全新Power PROFET(图1)能完成智能、牢靠、节能和经济的配电体系。该高边开关具有极低的导通电阻(低至1.0mΩ)，可处理最大40A的直流电流，并具有3000 MJ能量处理才能。此外，它们还具有面向轿车和12V工业运用的很多维护和确诊功用。
Power PROFET专为大电流运用和智能配电体系而规划。针对短路、过温、过载、过压、接地或电池衔接失效的维护功用，保证安全牢靠运转。
1.1 智能、安全地配电
在曩昔几年里，配电架构的进一步开展受限于继电器和保险丝，Power PROFET能处理这些问题并带来多重好处。比如，继电器、保险丝、继电器驱动器、电缆和衔接器等很多部件可由一个芯片替代。此外，该半导体开关能耐受尘埃、冲击和振荡。这样就能在元件贴装和安装时完成更高水平的灵敏性。与此一起，因为Power PROFET在30A直流电流下的功耗小于2W，所以，其损耗降到了机械处理方案的七分之一。此外，其运用寿命大大添加，单脉冲的能量处理才能高达3000MJ，关于重复脉冲则到达550MJ。因而，在许多情况下能够通曩昔除之前有必要的续流二极管，然后下降体系本钱。
Power PROFET不仅仅是继电器的替代品，它们具有更多功用、更高功率和更高牢靠性。现在主要有两种典型运用场景：用于特别负载场合以战胜继电器的局限性和用于优化配电架构。
因为有电弧发生，在高开关频率和高理性负载下继电器会受到约束。而这能够经过运用Power PROFET及其能量处理才能来避免。此外，Power PROFET半导体开关支撑低速(大约100Hz)脉宽调制，完成智能电源办理，因为它们能操控负载的电流，比如，用于座椅加热器温度调理等。这是一个重要方面，因为在许多负载有必要并联装备情况下，需求考虑越来越高的功率需求和潜在的约束条件。
其在过载方面的功用是一个显着优势。当保险丝有缺点需求替换时，相关设备不可用，但Power PROFET可由软件重置并从头激活。Power PROFET能耐受超越100万次短路，并满意AEC-Q100 Grade A规范的严格要求。此外，继电器会发生必定的噪音，而Power PROFET在开关时是无声的。
在体系层面，车上越来越多的运用模块和以舒适主导的功用趋势是配电体系面对的严重应战。根据集中式继电器/保险丝盒和杂乱线束的经典架构将走向结尾，新架构行将出现。在这方面，全新Power PROFET具有显着优势，因为它们能完成根据多个多重智能配电中心的灵敏、涣散式架构(图2)。保险丝没有这种潜力，因为出于维护原因，它们只能置于易接近的区域。这种涣散式架构有三大优势：首要，线束大大简化，线缆数量削减、长度缩短。其次，可节约空间，因为电子开关中心要比继电器盒或保险丝盒小得多。最终，可增大容量，因为损耗下降、电流密度添加。
此外，运用半导体开关可使确诊功用得以完成。因而，可对电流进行监控，一起运用微操控器检测并显现毛病。这能够满意无人驾驶的一个要害要求。
另一个重要方面是本钱。继电器和保险丝的价格比较稳定，而半导体产品会获益于新技能引入带来的降价。现在，相同半导体开关与继电器本钱对应的电流值约为15 A，未来这一电流值会不断提高。这意味着就本钱而言，半导体开关将变得越来越令人重视。假如将更廉价的布线也核算在内，那么，在体系层面更是如此。因为必要部件的削减，所以，能够创立一个更准确的涣散式体系，削减必要线路的数量或缩短线路长度。这样，还能够提高能效，一起减轻分量，并简化制作工艺。
2 Power PROFET
Power PROFET高边开关具有极低的导通电阻，RDS(on)值分别为1.0 mΩ、1.5 mΩ、2.0 mΩ和2.5 mΩ。该开关可驱动25 A至40 A的电阻性负载、理性负载和容性负载。它们专为轿车和工业(12 V)商场而规划，具有集成式维护和确诊功用(图3)，比如负载检测、短路和过温维护、接地失效时堵截电路等。这方面一个引人重视的功用是ReverSave功用。ReverSave功用可在电池极性过错的情况下主动翻开功率MOSFET，然后维护元器件。
Power PROFET根据立异技能，具有高能量处理才能，因而，十分适用于比如起停体系中的起动继电器或直流泵和电扇等运用设备。Power PROFET的输入电压为8～18V，并兼容3.3V逻辑输入。浪涌电流最大可到达150A，而输出引脚处的漏电流十分小。除此之外，Power PROFET开关具有十分高的EMC抗扰性。Power PROFET产品宗族的成员均引脚兼容，全都具有相同的功用，而导通电阻则各有不同。因而，开发人员替换负载或%&&&&&%时无需更改电路板布局。英飞凌供给带有Power PROFET BTS50015-1TAD的Arduino评价板，以支撑规划(图4)。
3 可扩展的高边开关
高边开关可用于多种运用。比如，PROFET+产品宗族瞄准车辆照明运用和10A负载电流操控运用。大电流PROFET产品宗族专为电流10A至20 A的加热及相似运用而规划。作为大电流继电器和保险丝的替代品，支撑20 A至40 A负载电流的全新Power PROFET的推出，使产品阵型得以进一步强大。
本文来源于《电子产品世界》2017年第2期第68页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
