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过流保护的高低边开关为何要“智能”的?

时间:2019-11-28 作者:刘于苇 阅读:
智能高低边开关是一种保护电子电路免受电击穿破坏(异常时的过电流)的元器件。与以往保护用的保险丝不同,它能利用半导体技术,内置保护电路和能量吸收电路,及时出现异常的电能(异常时的过电流)也不会损坏。可在不损坏或劣化的前提下保护电路,因此也被称为半导体保险丝,非常有助于构建免维护的系统……
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2019年11月27日,罗姆半导体(ROHM Semiconductor)在深圳举办了“2019 ROHM科技展”,作为罗姆自主举办的地方性展会,自2013年至今已举办了六年。今年是第三次在深圳举办,以“罗姆对智能生活的贡献”为主题,展示罗姆在汽车电子解决方案、SiC电源解决方案、传感器/无线和模拟/电机等四大领域的最新产品与解决方案。

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在这次科技展上,罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心经理苏勇锦介绍了罗姆面向汽车引擎控制单元和变速箱控制单元等车载电装系统用的ECU(电子控制单元),开发的具有41V耐压双通道输出的智能高边开关“BV2Hx045EFU-C”(BV2HC045EFU-C / BV2HD045EFU-C)。同时,他还为《电子工程专辑》等媒体科普了智能高边开关的技术特点和应用领域。

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罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心经理苏勇锦

什么是高低边开关?

智能高低边开关是一种保护电子电路免受电击穿破坏(异常时的过电流)的元器件。与以往保护用的保险丝不同,它能利用半导体技术,内置保护电路和能量吸收电路,及时出现异常的电能(异常时的过电流)也不会损坏。可在不损坏或劣化的前提下保护电路,因此也被称为半导体保险丝,非常有助于构建免维护的系统。
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高边开关和低边开关的区分,主要是相对于负载(外部电路),将开关配置在电源端则为高边,配置在GND端则为低边。

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两者的使用方法也有所不同。智能高边开关的功能是:可通过直接切断自电源的电流。直接切断,因此相对于负载保护能力更高。智能低边开关则通过开关切断在GND的电流路径来保护负载,在存在多种电源时,可以使用低边开关,常用来替换以往的MOSFET。

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为什么要用“智能”的?

近年来,伴随着电动汽车和自动驾驶等技术创新的发展,汽车领域的电子化日益普及,要想构建更安全的车载系统,就必须考虑到紧急状态下降低事故风险和规模的“功能安全”。其中,作为ECU系统异常时流过的过电流对策,一般采用通过自身熔断来保护系统的保险丝,但这种方案存在熔断后的保养和经年老化的课题,所以采用智能高低边开关(半导体保险丝)的方案日益增加。
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不过,普通智能高边开关仅支持启动时的浪涌电流保护,启动之后的稳态电流则需要使用微控制器和过电流检测IC等进行过电流保护。此时,当检测到稳态电流的过电流时,会通过微控制器的使能信号来控制智能高边开关输出(ON/OFF),因此,在某些智能高边开关输出端的后段电路的电容器容值条件下,受启动时的浪涌电流影响,可能会导致反复进行过电流检测与复位的失控状态。

而“罗姆这款新产品是业界首款利用独有的过电流保护功能,可独立保护系统免受浪涌电流和稳态电流过电流的智能高边开关。” 苏勇锦表示,“不仅如此,在发生过电流等异常时,还可将相应的错误信号发送到微控制器,有助于建立系统的‘功能安全’。”
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“新产品可以独立地保护系统免受浪涌电流和稳态电流中的过电流的影响,因此,与普通产品的解决方案相比,可提供可靠性高、部件数量少的解决方案,有助于打造更安全的系统。另外,过电流保护的范围还可以通过变更外置电容器和电阻器的常数,来自由调整浪涌电流的保护时间和稳态电流的异常电流设置值,,因此可使用于各种系统。”他补充道。
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通过独有的过电流保护功能独立保护系统免受过电流影响,与普通产品的解决方案相比,可减少部件7个,可缩减70%的安装面积。

用途广泛

按照车载市场关键词CASE(Connected Autonomous Shared Electric),在电动化(Electric)领域,罗姆的SiC功率器件和电源解决方案关键词是节能和小型化;在自动驾驶(Autonomous)领域,高清液晶面板用芯片组及电源监控IC,关键词是功能安全。这类高边开关跨越上述两个领域,适用于引擎控制单元、变速箱控制单元、怠速停止控制单元、车灯、油压悬挂控制单元和防抱死制动系统等车载电装系统的ECU保护。另外,作为没有切换音的半导体开关,还可广泛使用于继电器(电路的切换)应用中。

“不仅限于车载,每年1000亿日元以上的智能高低边开关全球目标市场,正在以CAGR+7%的速度增长。” 苏勇锦说到。

据介绍,该智能高边开关已于2019年6月开始出售样品(样品价格 500日元/个,不含税),计划于2020年1月开始暂以月产100万个的规模投入量产。前期工序的生产基地为ROHM Co., Ltd.(日本京都),后期工序的生产基地为ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.(泰国)。

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罗姆科技展上那些有趣的产品

科技展上的产品更是五花八门,但从数量来看,罗姆绝对是把汽车电子作为了今后的主要方向。

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如今,汽车领域的电子化进程已经势不可挡,其中包括“动力传动系统的电动化”、“自动驾驶”等。对安全、环保、舒适的关注度也日益提高。而掌握这些技术革新命脉的是半导体和电子产品。此次,罗姆展出了搭载其元器件产品的“仪表盘”、“电动泵”、“尾灯”以及“后视镜”等组件演示机。
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汽车电子解决方案演示机

模拟技术产品方面,展示了从电阻器到分立式元器件、LSI,以及模块等产品,其核心是模拟电源解决方案。功率元器件,则是以SiC功率元器件为核心的电源解决方案,特别展出了采用SiC功率元器件的纯电动汽车演示机,切身感受节能效果。
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采用SiC功率元器件的纯电动汽车演示机

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本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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