汽車行業(yè)需要具有成本效益且完全可靠的電氣系統(tǒng)，但這種嚴酷且具有潛在破壞性的環(huán)境對控制現(xiàn)代車輛中常見的無數(shù)功能所需的功率半導體器件提出了巨大挑戰(zhàn)。

如圖 1所示，汽車電氣設備可能會受到標稱電池電壓的極端變化的影響。由于負載瞬變和感應場衰減，這可能從 –12 Vdc（由反向連接產(chǎn)生）到 125 Vdc 不等。再加上極端的工作溫度和大量互連，可能會因人為交互而造成 ESD 損壞，結果是比消費市場中的環(huán)境更具挑戰(zhàn)性。

事實證明，標準 MOSFET 不夠堅固，無法滿足許多汽車應用的正常功率半導體要求?？朔呻姼屑夥搴拓撦d突降引起的瞬態(tài)，否則會破壞 MOSFET，要么需要更大且因此成本更高的 MOSFET，要么使用外部鉗位來吸收能量，這顯然增加了分立電源電路的復雜性設計。

圖 1：汽車電池電壓變化的來源。

自我保護 MOSFET 解決了這個問題，它在其單片電路拓撲中包含鉗位和其他保護功能，為驅(qū)動繼電器、LED 和其他電感負載提供更可靠、成本更低/更小的解決方案。 ? ?

繼電器驅(qū)動

MOSFET 輸出端的有源漏極鉗位在開關繼電器時特別有用，因為由于它們的電感特性，在停用繼電器時會產(chǎn)生較大的瞬變，這些瞬變有可能破壞未受保護的 MOSFET。圖 2 說明了在其輸入端也具有 ESD 保護功能的自保護 MOSFET 如何解決這個問題。

MOSFET 柵極和漏極連接之間的背靠背齊納堆棧是這種低側有源鉗位配置的關鍵組件。鉗位電壓由齊納堆棧電壓設置，設計為低于 MOSFET 漏源結的雪崩擊穿電壓，但足夠高，不會在正常工作時觸發(fā)。

圖 2：低端有源過壓鉗位的等效電路。 ? ?

這意味著當 MOSFET 關閉時——即器件的輸入接地——并且漏極引腳的電壓上升到齊納堆棧電壓以上，電流將通過齊納二極管和輸入電阻流向地。然后，當 MOSFET 柵極產(chǎn)生的電壓接近其閾值時，MOSFET 將開始導通并消耗負載電流。

這確保了由停用繼電器產(chǎn)生的感應能量被在其正常有源區(qū)工作的功率 MOSFET 吸收，而不是在反向雪崩模式下更局部地耗散能量。由于鉗位電壓低于雪崩電壓，因此 MOSFET 在鉗位模式下消耗的瞬時功率比雪崩模式少，從而提供了更大的能量處理能力。 ? ?

燈驅(qū)動

為了幫助進一步應對瞬變，一些自我保護的 MOSFET 采用完全保護的拓撲結構，其中包含過熱和過流保護電路。從圖 3的框圖中可以看出，這是對過壓和 ESD 輸入保護的補充。

圖 3：更多集成的自我保護 MOSFET 可提供進一步的過流和過溫保護。? ? ?

像這樣的自我保護 MOSFET 使用溫度傳感器和熱關斷電路來防止過熱。該電路在 MOSFET 開啟時處于活動狀態(tài)，一旦超過閾值溫度（通常為 175°C）就會觸發(fā)。這會關閉 MOSFET，中斷電流以限制進一步的散熱。一旦設備冷卻約 10°C，內(nèi)置遲滯通常會允許輸出自動重新打開。

白熾燈在關閉時具有低電阻，當燈打開并加熱時電阻會迅速增加。通過限流電路實現(xiàn)的過流保護不僅可以防止故障情況，還可以避免與燈的低導通電阻相關的高浪涌電流。電流限制電路檢測到由于負載電流過大而導致的 MOSFET 漏源電壓 (V DS ) 的大幅增加，并通過降低內(nèi)部柵極驅(qū)動和限制漏電流 ( ID ) 來做出反應。此功能可保護 MOSFET 并延長燈的使用壽命。其行為如圖4所示。

圖 4：顯示電流限制功能的典型輸出特性。 ? ?

雖然這些保護電路是獨立實現(xiàn)的，但它們通常會結合使用。例如，過流調(diào)節(jié)可以運行一段時間，但可能無法阻止溫度最終達到啟動過熱循環(huán)的閾值。?

憑借其內(nèi)置保護功能，自保護 MOSFET（例如 Diodes 的 DMN61D8LQ 或更全功能的 ZXMS6004FFQ）為各種汽車應用中的開關負載提供了具有成本效益的解決方案。它們的固有特性提高了系統(tǒng)可靠性，而 Diodes 的 SOT23 封裝器件的小尺寸與替代解決方案相比可節(jié)省空間和成本。

　　審核編輯：湯梓紅