高边功率开关系列 | 汽车应用中,如何使用高边开关应对短路故障

汽车应用中,我们不时会碰到短路故障,一旦发生,许多电子应用将会失效,给车辆带来风险。今天让我们来介绍一下汽车应用中的短路故障的主要原因及应对方法。

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1、汽车应用中短路故障有哪些挑战?

汽车智能功率开关的优点之一是可实现内置保护。集成保护功能可在器件出现故障时避免损坏集成电路。然而,这些故障通常会超出智能功率开关的正常运行范围,在很多情况下,甚至超出了最大额定值。超出正常工作条件下产生的应力对智能功率器件的整体可靠性有明显影响。因此,确定故障产生的条件对器件使用寿命的影响至关重要。

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通过状态反馈信号,微处理器会发生反应并关闭受影响的通道。但是,状态引脚报告故障状态后,永久关闭智能功率开关并不是最好的做法。电子控制单元(ECU)设计的目标是在任何情况下均能保持最大的功能性。因此,最常见的做法是重新打开短接开关,即使微处理器已经确认了短路。这样做是为了恢复应用功能,例如:间歇性短路或短路修理/消除的情况。

一个典型的例子,微处理器可以在故障滤波时间后对状态信号进行响应,然后停止输出几秒钟,再重试。当开关被完全停用或一个外部事件发生时,如检查后的复位,该过程可以被重复多次。电子控制单元(ECU)固件中实现重试过程的具体方式被称为重试策略。这一策略和汽车实际应用,如点火或服务间隔,都是决定器件使用寿命的因素。

2、在短路故障中需要考虑哪些电气参数?

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如若发生短路,智能功率开关所接触应力的大小取决于一些特定应用参数,如:

• 电池电压 Vbat

• 初级阻抗Rsupply 和Lsupply

• 次级阻抗Rshort 和Lshort (智能功率开关和短路间的阻抗)

• 输入端控制模式(控制器诊断和重试策略)

• 环境温度Tamb

• 冷却条件,例如,PCB布局

要应对这样的短路故障挑战必需要有一个好的智能高边开关。

3、一个好的智能高边开关需要具备怎样的特点?

1) 可自动重启的智能开关

对可自动重启的智能开关比如说PROFET+2 BTS7008-1EPA来说,一旦器件达到过温检测阈值,自动重启的器件便会停止输出,然后会基于器件的热关断的温度迟滞特性进行“切换”操作。热切换会一直持续到输入信号发出通道关闭命令或者内部计数器达到最大值为止。因此,如在发生短路时,自动重启器件一直处于导通状态的话,该器件会继续其“切换”操作。一般按照汽车应用标准AEC-Q100-012进行相应的低温重复性短路-长脉冲测试来保证相应的短路耐受性。通过使器件保持导通,短路发生在输出端的情况下来模似这种情况。自动重启会导致不断的关闭和重启的切换,重启的频率主要由待测器件(DUT)本身的特性所决定。直到故障滤波时间结束和输入信号指示器件关闭这种切换。将固定故障滤波时间选为300ms,这是与实际应用相关的最长等待时间,之后,汽车应用中的微处理器会关闭报错的器件。

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2) 可锁存关闭的智能开关

对锁存关闭的智能开关比如说PROFET+2 BTS7008-1EPP来说,与自动重启器件不同,一旦故障被检测到,锁存器件会立即关闭。微处理器通过关闭输入信号或清除故障标记启动复位之前,该器件会一直处于锁存关闭状态。待测器件(DUT)不会在短路关闭后自动重启,而是在通过外部信号被重新激活之前,它都会始终保持在关闭状态。一般按照汽车应用标准AEC-Q100-012进行相应的低温重复性短路-短脉冲测试来保证相应的短路耐受性。在此测试中导通时间通常为10毫秒。

综上所述,我们简单介绍了怎样应对汽车应用中短路故障的挑战,以及智能高边开关的短路耐受特性验证方法。希望以上介绍能够对大家了解相关产品有所帮助。

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本文转载自: 英飞凌汽车电子生态圈(作者:王星炜)
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