车用MOSFET：寻求性能与保护的最佳组合

时间：01-10 来源：电子工程专辑点击：

电流感应

　　无需使用低于1欧姆的精密功率电阻测量MOSFET内部电流的现实方法就是电流感应。即使低于1欧姆的分流电阻器也会产生大量的热损耗，影响到能量效率和整个系统的热平衡。

　　在电流感应中，将MOSFET单元的一小部分用于电流测量。由于器件中的所有单元都完全相同并且漏电流在这些单元之间平均分配，因此，可以通过测量一小部分单元的电流，再乘以已知的比例系数来计算总的漏电流。

　　飞利浦的7脚D2PAK用于将温度感应元件和电流感应元件连接起来。从主FET器件流向感应FET器件的电流比例称为"感应比例"(用n表示)。通过将测量终端和源终端保持在相同电压来定义此参数。例如，在飞利浦的TrenchPLUS器件中，此比例标称值为550。可以更改此比例以符合客户的具体要求。为了获得最高的准确度，包括有些设计人员在内，都会采用虚拟接地法而不是感应电阻法。但是，对于汽车应用而言，感应电阻法提供的解决方案成本更低，因此更适合汽车应用的要求。

感应电阻法

　　如上所述，可以在感应输出和开尔文源之间连接感应电阻器Rs，以便精确地测量电流。此方法提供简单的电流到电压的转换，而且该转换值可直接由微控制器的模数输入读取。

　　感应电阻器上的电压不能大于主器件上的电压，不过，可能需要一个运算放大器将信号放大到更适合的电平。此配置如图3所示。

图3：感应电阻器电流测量电路
　　只要运算放大器的共模范围包括地，那么此电路就不需要负电源。

几何感应比例n为：

其中，RDM(on)是感应FET导通电阻，等于主FET导通电阻减去源引线电阻。

附加的感应电阻器增加有效感应比例，因此该值变为n'，计算公式为：

　　值得注意的是，感应信号包含开关时的错误峰值。这些错误峰值的起因是线性和完全增强的工作区域中的电流比例的差别，而且与电路有关。公式2表明，此电路中有两大误差源：

1. 制造过程中n固有的误差；

2.与主FET和感应FET的温度有关。在25°C和150°C之间，功率MOSFET开启时的导通电阻大约增加一倍。

另一方面，感应电阻器与温度无关。因此可以看出，采用此方法时，1. 感应比例与温度有关；2. 其误差大于采用虚拟接地电路的误差。

封装方式

　　谈论MOSFET时不能不探讨封装方式，这对于汽车应用来说尤其重要。尽管D2PAK是采用TrenchPLUS器件的原始封装，但现在有了体积更小、热效率更高的封装形式。

　　飞利浦的SOT669 LFPAK可以从SO8的紧凑封装面积中提供更高的散热性能。其内部结构克服了SO8的限制。其热阻可以与比其更大的封装相提并论，这有助于维持尽可能低的操作温度。LFPAK外形非常小巧--厚度仅为1.1mm，比SO8薄40%。这种创新的内部结构使其电感远远低于其它封装。

　　40V HPA LFPAK封装具有SO8体积小巧的优势，同时有更大封装(如DPAK)所具有的卓越热性能。在传统的功率封装中，主要的散热路径是从装配点垂直向下并进入PCB。但是，LFPAK还通过源导线向上和向外传导大量热量，使其热阻远远低于SO8，甚至可以与大得多的封装(如DPAK和D2PAK)相比。

本文小结

　　汽车电子设计工程师在其powerMOS设计中采用附加的传感器有诸多好处。通过获取有关芯片本地温度/电流的信息，设计人员可以节约空间并降低系统成本。并可以在实现这一目标的同时，推进设计的范围。通常情况下需要在成本和性能间进行折衷，而采用这种器件则无需这种考虑。

　　这种器件填补了简易MOS和完全保护器件之间的空白，非常适合于各种应用，包括从汽车环境中的电动辅助转向(EPAS)系统到主板的DC/DC转换器。

作者：Ian Kennedy

研发工程师

Stefan Seider

系统工程师

Ron Fuller

测量工程师

电源产品部

飞利浦半导体公司

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