來源：瓴芯電子

智能化、輕量化是未來汽車架構發展的方向之一, 以車身控制為例, 傳統的分布式架構正在向集中式的區域控制器架構發展。為適應架構演進帶來的變化與挑戰, 瓴芯推出了業界領先的LNX37系列和LNX39系列車規級智能高邊開關。

01產品簡介

LNX37系列針對傳統車身應用中的阻性、感性及鹵素燈負載等應用場景, 具備全面的保護和診斷功能, 包括過流保護、過溫保護、感性負載關斷鉗位保護、電池反接和過壓保護、高精度電流檢測、過溫過流診斷以及輸出開路和輸出對電池短路診斷等。該系列提供單/雙通道選擇, 導通電阻覆蓋4mΩ-50mΩ。

LNX39系列針對新一代區域控制器應用場景, 在與LNX37系列封裝兼容的基礎上, 額外增加了電容負載啟動模式、可調限流和使能鎖定等功能, 充分滿足了區域控制器對高邊開關應用于配電場景的新需求。

圖1. LNX37, LNX39系列選型表

02LNX37系列產品亮點

a) 集成防反和過壓保護

LNX37系列集成了電池反接保護和輸入電源過壓保護功能, 憑借出色的電壓鉗位能力,無需輸入端TVS和防反二極管, 只需要一個地網絡電阻, 即可通過ISO7637、Load dump等測試, 幫助客戶簡化了設計和成本。

圖2. LNX37系列集成電池反接保護和輸入過壓保護

b) 可靠的短路保護

LNX37系列產品具備快速過流保護和動態過溫保護等功能, 在輸入電壓4V-28V全電壓范圍, TA=-40℃-125℃全溫度范圍內,無論是控制器端口短路還是負載端短路, 都能夠可靠關斷。

圖3. LNS37008Q1, VS=28V, 20cm短線短路

圖4. LNS37008Q1, VS=28V, 10m長線短路

c) 區分輸出開路和輸出短接電池故障

負載開路和輸出短接電池是兩種常見的系統故障, 傳統高邊在輸出關斷狀態下若想對兩種故障做區分, 需要增加一系列外圍元器件。LNX37系列集成了負載開路診斷的上拉電路, 通過在DEN引腳發送短脈沖信號來使能上拉電流IOL。當發生負載開路或輸出短接電池故障時, LNX37能夠檢測、區分并發出報錯信號給MCU, MCU可以根據不同的故障類型, 采取不同的響應措施, 這樣不僅能提高整個系統的功能安全等級, 也便于維修時進行快速的故障定位。

圖5. 集成負載開路診斷上拉電路，節省外圍元器件

圖6. LND37020Q1, 負載開路時的診斷報錯

圖7. LND37020Q1, 輸出短接電池時的診斷報錯

03LNX39系列產品亮點

LNX39系列產品在具備LNX37系列產品亮點的基礎上, 額外增加了如下功能, 來滿足區域控制器使用高邊開關配電的應用場景。

a) 帶輸出短路檢測的電容負載啟動模式

在區域控制器應用中, 高邊開關通常承擔著向后級控制器配電的重要角色?？刂破鞯妮斎攵送ǔＳ休^大電容, 一般是幾十uF到mF級不等。在大電容充電的過程中, 高邊開關內部MOSFET承擔著較大的電壓和電流, 會在瞬間產生較高的溫升。為了使高邊開關可以安全可靠地完成大電容充電, LNX39系列提供了專門的電容負載啟動模式 (Capacitive Load Startup mode, 簡稱CLS模式), 該模式有效降低了電容充電時的過沖電流, 減小了芯片的瞬態溫升, 提高了芯片的使用壽命。以LNS39008Q1為例, 在使能引腳EN上發送至少10個有效PWM脈沖并拉高, 通道就會進入CLS模式, 當電容充電完成后, 芯片會自動進入正常工作模式。

圖8. LNS39008Q1, VS=13.5V, 4.7mF電容充電波形圖

圖9. CLS模式有效降低了MOSFET每次重啟的瞬態溫升

為了區分輸出短路和大電容充電, 在輸出短路時避免不必要的反復重啟,LNX39系列在CLS模式中增加了輸出短路檢測功能。當充電一定時間后, 若輸出電壓還沒有達到設定的閾值, 芯片會判斷輸出短路并報錯, 通道立刻關斷, 并在100ms后嘗試重啟。

圖10. CLS模式下的輸出短路檢測和嘗試重啟

b) 可調限流功能

LNX39系列可以通過改變IL引腳外部對地電阻的阻值來配置不同的限流值。當IL引腳電阻發生開路 (虛焊) 或短路時, 芯片會自動將限流值設為最高值, 并在OFF狀態下在IS引腳輸出報錯電流。適當降低限流值可以有效避免短路電流過沖引起的電池電壓跌落, 同時可以保護線束及電流路徑上的其他元器件。

c) 使能鎖定功能

LNX39系列的使能鎖定功能是指當MCU控制芯片的使能引腳為高阻態后, 通道可以繼續保持上一時刻的狀態。該功能可以在MCU發生初始化時, 保證配電不受中斷。

瓴芯已量產的其他智能高邊開關有:

1.LNQ37000Q1, 四通道, 1000mΩ 智能高邊開關

2.LNS37100Q1, 單通道, 100mΩ 智能高邊開關

3.LNQ37160Q1, 四通道, 160mΩ 智能高邊開關

瓴芯電子科技 (無錫) 有限公司是國內領先的車規級模擬芯片供應商, 公司由多位曾長期供職于世界著名半導體公司的高管及技術骨干于2017年創立。

公司自成立以來就選擇車載半導體行業作為賽道, 專注于車規芯片研發與車規質量管控體系的搭建。目前產品涵蓋電源管理芯片、LED驅動芯片、門級驅動芯片、高低邊驅動芯片。相關產品已經在國內外多款新能源車與燃油車上應用, 產品應用范圍覆蓋汽車電池管理系統、電機驅動系統、輔助駕駛系統、影音娛樂系統、空調系統、車身控制系統、電動助力系統等諸多系統。