汽车功率开关到底选择哪种好:高边驱动还是低边驱动?

汽车功率驱动涵盖的范围很宽 , 包含汽车电子的IC应用系统和功能元件 。它们都有一个主要功能 , 即实现从几毫瓦到几千瓦电能的供应、变换或驱动 。这些IC的工作范围和12V、24V和48V的汽车电气系统电压相适应 。范围从简单的MOSFET到带有集成保护电路和诊断功能的高边、低边和桥式开关 , 以及线性电源调整IC和开关电源调整IC , 一直到用于ABS和安全气囊等安全系统的高集成ASIC 。汽车电子系统中的功率开关有高边驱动(HSD)、低边驱动(LSD)和桥式开关 。
在汽车控制器中 , 汽车功率IC主要用在前/后电机继电器、真空泵继电器、PTC继电器、电源总正继电器、电源总负继电器等处 。到底是采用高边还是低边开关 ,  有一定的权衡和考虑 。
对汽车控制器系统中的汽车功率IC采用低边驱动 , 需要考虑以下细节内容:

  • 负载的正常电流有多大?最大电流是多少?
  • 负载是否为容性?如果是容性 , 冲击电流是多少?
  • 负载是否为感性?如果是感性 , 关断时的能量是多少?
  • 负载的控制方式是On/Off方式还是PWM?如果是PWM , 频率和占空比是多少?
  • 负载的工作环境温度是多少?极限温度是多少?
  • 系统如果地线开路 , 对负载有何影响?
  • 需要功率IC的封装方式是SMT还是通孔方式?如果是SMT , 有多大的面积连接到功率IC的散热片?如果是通孔方式 , 采用什么形状的散热器?
  • 负载是否需要诊断?如果需要 , 需要哪些诊断 , 过流、过压、过温还是短路等?
  • 负载是否有以下应用:反向电池电压、抛负载、过电压等等?
对汽车控制器的系统中的汽车功率IC采用高边驱动 , 需要考虑以下细节内容:
  • 负载正常电流有多大?最大电流是多少?
  • 负载是否为容性?如果是容性 , 冲击电流是多少?
  • 负载是否为感性?如果是感性 , 关断时的能量是多少?
  • 负载的控制方式是On/Off方式还是PWM?如果是PWM , 频率和占空比是多少?
  • 负载的工作环境温度是多少?极限温度是多少?
  • 需要功率IC的封装方式是SMT还是通孔方式?如果是SMT , 有多大的面积连接到功率IC的散热片?如果是通孔方式 , 采用什么形状的散热器?
  • 负载是否需要诊断?如果需要 , 需要哪些诊断 , 过流、过压、过温还是短路等?
  • 负载是否有以下应用(反向电池电压、抛负载、过电压、等等)?
以下给出了在采用高边驱动和低边驱动在驱动负载时的一些比较:
1)导通电阻
导通电阻有时候也译成通态电阻 。在同样的条件下 , NMOSFET的导通电阻比PMOSFET要小 。这是因为电子的导通速度比空穴快 , 因而影响到导通电阻 。因此 , 为了追求低导通电阻 , 在某些高边的驱动应用中 , 是用充电泵加上NMOSFET来完成PMOSFET作为高边的应用 。付出的代价是价格变高 , 驱动电路也比低边驱动复杂 。
2) 采样电路
对于高边驱动的保护 , 如果需要电流采样 , 必须用差分的配置才能实现;而对于低边驱动 , 采用单端配置就可以 。由于采用差分电路的成本高于采用单端的成本 , 因此从这个意义上说 , 低边驱动比高边驱动具备成本优势 。
3) 线制的要求
由于现在的汽车的多为负极搭铁 , 采用高边驱动给负载供电有一系列的好处 。如果负载的一端直接接在底盘的地上 , 则只需要一根线给负载供电 , 这就节省了整车系统的成本 。
4) 失效对系统的影响
这是依据系统的要求 , 选择哪种类型的负载 。在飞机的负载失效类型中 , 如果负载失效 , 最安全的方式是让负载继续运行下去;而对于汽车的负载应用 , 则正好相反 。例如在发动机管理的控制单元中 , 控制油泵的开关就是高边驱动电路 。这是因为在大多数的情况下 , 当驱动模块失效时 , 要关掉油泵 , 而高边驱动就能很好地满足这个要求 。这种设计在发生车祸或系统失效时非常有利 。
表1对高边驱动和低边驱动进行了全面比较("-"代表劣势项 , "+"代表优势项) 。
汽车功率开关到底选择哪种好:高边驱动还是低边驱动?

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