隨著汽車行業(yè)電子電氣架構(gòu)的升級, 電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化進程加速, 車載電子系統(tǒng)對在線OTA升級和在線故障診斷提出了更高的需求, 因此車載中控、ADAS、BMS、車身控制模塊、域控制器等應(yīng)用對高邊智能開關(guān)芯片的需求也在日益增長。

瓴芯推出業(yè)界領(lǐng)先的車規(guī)級單通道, 100mΩ智能高邊開關(guān)LNS37100Q1, 是繼四通道1000mΩ/160mΩ智能高邊開關(guān)量產(chǎn)后的第三顆高邊開關(guān)芯片?？蓮V泛用于驅(qū)動攝像頭, 儀表, LED燈, 繼電器, 電磁閥, 電阻加熱絲等負載元件。

01產(chǎn)品簡介

LNS37100Q1的導(dǎo)通電阻為100mΩ, 持續(xù)工作電流可支持4A, 具有高精度的電流檢測功能, 支持多種故障狀態(tài)診斷報錯與保護; LNS37100Q1可以通過外部電阻靈活的配置輸出限流值, 可以實現(xiàn)過流和短路保護; LNS37100Q1還具備失地保護和失電保護功能, 可以極大地提高整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。

LNS37100Q1系列分為A、B兩個子版本。LNS37100AQ1AJR具有故障開漏狀態(tài)輸出功能, 當(dāng)發(fā)生負載過流、負載短路到地、負載開路、過溫等故障時, 高邊開關(guān)能夠迅速輸出報錯信號供控制器監(jiān)控; LNS37100BQ1AJR具有精確的電流檢測功能, 便于控制器實時獲取負載的工作情況。

LNS37100Q1具有以下特點:

通過AEC-Q100 Grade 1驗證

單通道100mΩ智能高邊開關(guān)

額定工作電流4A

電流檢測零電流自校準(zhǔn)功能

CS報錯電壓自適應(yīng)箝位功能

可編程門限值限流保護

輸出短路保護

失地保護和失電保護

感性負載關(guān)斷時的負電壓箝位保護

過溫保護

負載開路和負載短電源診斷

輸出過載和短路診斷

-40~ 150℃的工作結(jié)溫

TSSOP-EP14 (4.4mm x 5.0mm)

02產(chǎn)品亮點

A) 限流保護策略和優(yōu)勢

LNS37100Q1具有內(nèi)部限流模式和外部限流模式兩種模式, 外部限流模式支持外部電阻從 0.5A到 8A 線性配置輸出限流值。在內(nèi)部限流模式下, 當(dāng) CL 引腳開路或者短路到GND時, 輸出限流值為 5A。

傳統(tǒng)的高邊開關(guān)會在 CL 引腳電阻開路 (虛焊) 時, 將輸出負載的電流限制到 0A, 影響負載的正常工作。LNS37100Q1會將CL引腳電阻開路時的限流值設(shè)定為 5A, 從功能安全角度而言, 這種機制可以將系統(tǒng)的單點失效轉(zhuǎn)化為潛伏失效, 對系統(tǒng)功能安全級別的提升有很大的幫助。

上圖對比了 CL腳開路時傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)與LNS37100Q1的表現(xiàn), 傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)負載無法輸出電流, LNS37100Q1可以正常輸出4A負載電流。

當(dāng)LNS37100Q1輸出持續(xù)短路引起系統(tǒng)過溫保護時, LNS37100Q1會對輸出限流值進行降額。當(dāng)芯片進入絕對過溫保護狀態(tài)時, 會將限流保護值自動降低到設(shè)定值的50%, 從而降低芯片和外部線纜的熱應(yīng)力, 提高系統(tǒng)的可靠性。下圖可以很好地展示LNS37100Q1從輸出短路進入過溫保護狀態(tài)時限流點的調(diào)整過程。

B) 硬短路限流策略和優(yōu)勢

硬短路 (Hard Short) 是智能高邊開關(guān)中的常見故障現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)對此類故障時, 限流功能雖然最終能夠?qū)崿F(xiàn)對短路電流的箝制, 但由于限流回路需要一定的時間響應(yīng), 因此在短路瞬間會出現(xiàn)高達幾十安培的過沖電流, 給系統(tǒng)的安全運行帶來極大的威脅。

針對硬短路故障, LNS37100Q1提供了限流保護的快速響應(yīng)環(huán)路, 當(dāng)有較大的短路過沖電流出現(xiàn)時, 該環(huán)路具有更快的響應(yīng)速度, 能夠快速關(guān)斷高邊開關(guān)的輸出, 從而有效抑制短路時的過沖電流, 保證系統(tǒng)長期安全的運行。

上圖對比了傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)和LNS37100Q1硬短路瞬間的沖擊電流。傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)在短路瞬間的過沖電流高達40.6A, 得益于快速限流環(huán)路, LNS37100Q1在短路瞬間過沖電流僅為27.3A。

C) 電流檢測策略和優(yōu)勢

LNS37100BQ1AJR具備電流檢測零電流自校準(zhǔn)技術(shù), 可以將25mA負載下的電流檢測精度提升到±10%。

LNS37100BQ1AJR會在如下2種工況下進行零電流自校準(zhǔn):

待機狀態(tài)下, 從DIAG_EN OFF轉(zhuǎn)換為DIAG_EN ON時;

正常工作狀態(tài)下, 檢測到DIAG_EN上升沿時;

在VS不斷電的情況下, 可以通過控制DIAG_EN引腳電平觸發(fā)零電流自校準(zhǔn)功能, 以消除電流檢測電路內(nèi)部運放輸入失調(diào)電壓漂移對檢測精度的影響, 實現(xiàn)對輸出電流的精準(zhǔn)檢測。

基于零電流自校準(zhǔn)帶來的高精度電流采樣優(yōu)勢, LNS37100Q1可以在 MOSFET 導(dǎo)通時實現(xiàn)負載的開路檢測, 并且可以省掉檢測負載開路所需的外部電阻, 節(jié)省系統(tǒng)待機功耗。

對于LNS37100AQ1AJR, 若負載電流小于12mA, LNS37100AQ1AJR會認為當(dāng)前負載處于開路狀態(tài), ST管腳輸出低電平報錯。對于LNS37100BQ1AJR而言, 用戶可通過采樣 CS 管腳的電壓, 來判斷負載是否處于開路狀態(tài)。

D) CS引腳報錯策略和優(yōu)勢

在汽車應(yīng)用中, 通常會使用 MCU 和智能高邊開關(guān)進行實時交互, 通過高邊開關(guān)的故障 (ST) 輸出引腳, 電流采樣 (CS) 輸出引腳的輸出電壓, 來判斷輸出負載的運行狀態(tài), 同時實現(xiàn)對智能高邊開關(guān)的控制。

傳統(tǒng)的高邊開關(guān)會存在當(dāng)MCU3.3V供電時CS引腳輸出報錯電壓為5V的情況, 此時需要額外的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)/箝位電路將CS引腳的報錯電壓限制到適配MCU I/O口的電壓范圍。LNS37100BQ1AJR集成了 CS引腳報錯箝位電壓 (VCS,H) 自適應(yīng)技術(shù), 通過DIAG_EN引腳電壓可以得到MCU的供電電壓后, 調(diào)節(jié)VCS,H使其不超過MCU I/O口的電壓范圍, 自動實現(xiàn)智能高邊開關(guān)與MCU之間的電壓匹配。

該技術(shù)可有效避免CS引腳報錯電壓和MCU I/O口電壓不匹配所引起的交互異常問題, 簡化用戶設(shè)計。

E) 反向電流保護策略

當(dāng)輸出短接至電池故障 (VOUT>VS) 發(fā)生時, 智能高邊開關(guān)會存在從VOUT引腳流至VS引腳的反向電流 (Inverse Current) 。若智能高邊開關(guān)的功率MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài), 反向電流會全部由MOSFET的體二極管流過, 過大的體二極管功率損耗會引起MOSFET溫度急劇上升, 甚至引起MOSFET的損壞。

為了避免反向電流流過體二極管時功率損耗帶來的影響, LNS37100Q1可以實現(xiàn)Inverse On的功能, 當(dāng)用戶檢測到輸出短接至電池故障時通過軟件使能IN來控制MOSFET導(dǎo)通, 使反向電流流過MOSFET的溝道, 大幅減小高邊開關(guān)的損耗。

F) 完善的系統(tǒng)應(yīng)用驗證

LNS37100Q1會通過完善的測試來保證在實際車載應(yīng)用中的安全性和可靠性, 包括:

車規(guī)可靠性測試報告, AEC-Q100 (CNAS實驗室認證)

瓴芯可靠性加嚴(yán)測試, AEC-Q100 Grade 1加嚴(yán)×2測試, 滿載HTOL測試

開關(guān)器件短路測試報告, AEC-Q100-012

系統(tǒng)EMC測試報告, CISPR 25-2016 Class 5

電源瞬態(tài)抗干擾測試報告, ISO 7637/ISO 16750

03應(yīng)用場景

LNS37100Q1是一款單通道, 4V至36V的寬輸入電壓范圍, 帶完整診斷和保護功能的智能高邊開關(guān)。該芯片可以廣泛應(yīng)用對于安全等級要求較高的車載系統(tǒng)應(yīng)用中, 如：

車載中控和ADAS應(yīng)用

BMS應(yīng)用

車身控制模塊

域控制器

通用的阻性，感性和容性負載

審核編輯：湯梓紅