高端 SmartFET 因其易用性和高水平的保護而越來越受歡迎。與標準 MOSFET 一樣，SmartFET 非常適合各種汽車應(yīng)用。將它們分開的是內(nèi)置在高端 SmartFET 器件中的控制電路。控制電路持續(xù)監(jiān)控輸出電流和器件溫度，同時針對電壓瞬變和其他意外應(yīng)用條件提供被動保護。這種主動和被動保護功能的組合確保了強大的應(yīng)用解決方案，延長了設(shè)備本身和它所保護的應(yīng)用負載的使用壽命。

onsemi現(xiàn)在提供一系列從 45 mΩ 到 160 mΩ的高端 SmartFET 。這些器件是受保護的單通道高側(cè)驅(qū)動器，可以切換各種負載，例如燈泡、螺線管和其他執(zhí)行器。如表 1 所示，器件名稱表示 SmartFET 在 25°C 時的典型 RDSon。下面列出了完整的產(chǎn)品系列：

表 1. onsemi高側(cè) SmartFET的完整系列

半的器件系列采用 SO8 封裝，在提供高功率的同時提供小尺寸。45 mΩ 至 140 mΩ 器件的系列引腳排列為設(shè)計人員提供了便利，允許一個引腳排列用于各種應(yīng)用負載用途。根據(jù)給定應(yīng)用所需的電流水平，只需將一個設(shè)備切換到另一個設(shè)備即可。這些器件驅(qū)動 12 V 汽車接地負載并提供保護和診斷功能。該系列器件集成了先進的保護功能，例如主動浪涌電流管理、具有自動重啟功能的過熱關(guān)斷和主動過壓鉗位。專用電流檢測引腳提供精確的模擬電流監(jiān)控輸出和電池短路、接地短路以及開和關(guān)狀態(tài)開路負載檢測的故障指示。僅限 NCV84160）或高電平有效電流檢測使能引腳（該系列中的所有其他器件）。

高端 SmartFET 的“最終要求”是切換負載，市場上為此提供了不同的替代方案。例如，繼電器長期以來一直在工業(yè)中用于切換各種汽車負載，尤其是那些需要大電流激活的負載。隨著汽車零部件和組件的重量和尺寸不斷減小，從繼電器向半導(dǎo)體開關(guān)的轉(zhuǎn)變已經(jīng)開始，與繼電器相比，這種開關(guān)占用的面積更小，抗噪能力更強，電磁干擾更低。

高端 SmartFET 已成為汽車市場中占主導(dǎo)地位的 SmartFET 配置，取代了通常更簡單的低端 SmartFET。圖 1 顯示了高側(cè)與低側(cè) SmartFET 配置的示例。雖然高側(cè) SmartFET 的負載始終通過與電源的開關(guān)連接連接到地，但低側(cè) SmartFET 的負載始終通過與 GND 的開關(guān)連接連接到電源。SmartFET 通常安裝在控制單元或 ECU 內(nèi)。負載線是將負載連接到 ECU 上的針式連接器的電纜長度。根據(jù)負載類型及其在車輛中的位置，該負載線可能屬于該負載線，從而增加了對底盤接地短路的可能性，這可能對低側(cè) SmartFET 配置中的負載造成嚴重壓力。

圖 1. 應(yīng)用中的高邊與低邊開關(guān)

下面的圖 2 顯示了 onsemi 的 NCV84xxx 高側(cè)SmartFET系列的頂層框圖和引腳配置。請注意，實際上，高端 SmartFET 是一個 NMOS FET，具有穩(wěn)壓電荷泵將柵極電壓拉高到足以驅(qū)動負載的水平。

輸入 （IN） 引腳是一個邏輯電平引腳，可打開和關(guān)閉控制邏輯/電荷泵以操作 FET。電流感應(yīng)使能 （CS_EN） 引腳啟用和禁用電流感應(yīng)功能。電流感應(yīng) （CS） 引腳允許將比例負載電流感應(yīng)反饋到微控制器以進行實時反饋。該引腳是多路復(fù)用的；它報告模擬故障事件，這些事件很容易與正常操作區(qū)分開來，使用戶能夠?qū)崟r檢測輸出電流或故障情況。電壓 （VD） 引腳直接連接到電池或電源，OUT 引腳連接到負載。最后，接地 （GND） 引腳就是設(shè)備 GND。

圖 2. NCV84xxx 的框圖和引腳配置

NCV84xxx SmartFET 系列器件提供以下保護功能：

過壓保護保護整個器件鉗位電壓 》 41 V 的 VD-GND

在電池電壓低的情況下，欠壓保護會關(guān)閉設(shè)備并等待電池電壓升高到足以操作穩(wěn)壓電荷泵以正常運行 FET。

電流限制（參見下面的圖 3）在發(fā)生短路或浪涌事件時限制電流以防止損壞。電流將一直受到限制，直到器件的內(nèi)部管芯溫度超過過溫點，并且會自行關(guān)閉以提供保護，直到其充分冷卻為止。此功能非常適合驅(qū)動需要高初始浪涌電流的燈泡負載，并且還限制了高功率和溫度波動對芯片的應(yīng)力量。

具有自動重啟功能的過熱和電源保護可防止器件因高功耗和過高的環(huán)境溫度升高而過熱。如果激活過熱保護，設(shè)備將自行關(guān)閉，直到它足夠冷卻并自動重試，假設(shè)輸入為“高”。

關(guān)斷狀態(tài)開路負載檢測會在輸入“高”之前提醒微控制器在關(guān)斷狀態(tài)下與負載的連接已丟失。

在感應(yīng)放電事件期間用于感應(yīng)負載開關(guān)的輸出鉗位，輸出鉗位將安全地打開 FET 以處理感應(yīng)放電電流。

圖 3. 在對 GND 短路/過載期間 TJ 如何發(fā)展

審核編輯：郭婷