汽車電子的中心議題：

• 元器件在汽車電子係統中的應用
• 新興需求為元器件市場帶來的機遇和挑戰

汽車電子的解決方案：

• 車載網絡係統的保護方案
• 車載照明檢測與保護方案
• 混合動力車(HEV)中的半導體器件解決方案

新型汽車電子係統元器件解決方案（上）

本專題的上半部分介紹了在安全係統
、娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)中(zhong)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)發(fa)揮(hui)的(de)作(zuo)用(yong)，同(tong)時(shi)介(jie)紹(shao)了(le)新(xin)能(neng)源(yuan)汽(qi)車(che)對(dui)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)提(ti)出(chu)的(de)新(xin)要(yao)求(qiu)。汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)，因(yin)此(ci)在(zai)下(xia)半(ban)部(bu)分(fen)中(zhong)，我(wo)們(men)將(jiang)繼(ji)續(xu)探(tan)討(tao)新(xin)型(xing)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)在(zai)新(xin)型(xing)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)發(fa)揮(hui)的(de)作(zuo)用(yong)，如(ru)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)在(zai)車(che)載(zai)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)的(de)保(bao)護(hu)方(fang)案(an)、車載照明檢測與保護方案以及混合動力車(HEV)中的半導體器件解決方案等。

車載網絡係統電路保護方案

車載網絡係統將扮演著越來越重要的角色。新型客車、卡車、公共汽車甚至摩托車都已成為移動的網絡，將眾多特征和功能連接在一起
，如內置控製、移動媒體和無線網絡。信息娛樂係統
、遠程信息處理、安全控製等的應用均需使用幾種現有的網絡標準，其中LIN
、CAN、FlexRay就是最重要的三種標準。

LIN拓撲的電路保護措施

LIN總線拓撲通常用於連接開關、傳感器和促動器至車載網絡LIN總線標準要求當LIN總線路因正電壓小於 26.5V或接地而出現短路時
，網絡應恢複正常工作。物理層上的ESD浪湧電阻根據IEC61000-4-2要求必須符合最低放電電壓電平±2kV。然而
，ECU連接器上可能會出現達到±8kV的電平。

下圖為為協同的電路保護圖
，顯示出一個設置在功率輸入的可複位PolySwitch器件如何在電源輸入端保護ECU和LIN節點連接器免受過電流情況的損傷，以及一個MLV（多層電壓敏電阻器）如何為車載網絡應用提供所需的高電流處理和能量吸收的過電壓保護。

需要通過過電流保護對出現故障或過載現象時進行過電流限製。同時也需要通過電路保護設備限製電壓尖峰或處於穩定的過電壓狀況。
                           

CAN 拓撲的電路保護措施

CAN總線收發器可允許總線供電電壓高達+/-80V直流電。然而，甩負荷浪湧會產生出比ISO-7637-2標準（最大86.5V）中規定的更高瞬態，可能會損傷收發器。收發器的操作電流也因供貨商的不同而有所差異。

下圖顯示了如何在電源輸入端應用可複位PolySwitch設備和MOV（金屬氧化電壓敏電阻器）從而避免因車載供電係統中心的浪湧電流和電壓異常而產生的損傷。
 
                                    

FlexRay拓撲的電路保護措施

FlexRay協議專為線控應用所設計，如線控刹車和線控方向盤。該線控網絡方式支持同步和異步數據傳輸
，數據傳輸率約為10Mb/s
，具有時間觸發和事件觸發行為、冗位和容錯的特點。

該結構支持一“束”2個節點至64個節點，其功能主要依靠於兩種類型的處理器—ECU和“活動星”。 FlexRay通訊通過一個常用總線或一個星形連接在ECU之間進行。FlexRay元件的總線輸入必須避免在總線路和係統供電電壓或地電位之間出現短路現象。

下圖方案利用一個PolySwitch設備進行過電流保護。
 
                                       
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車載照明電路保護方案
 
車載照明係統要求高達55A的峰值浪湧電流。控製車載照明的理想解決方案之一，就是將一個高壓側前置FET驅動器和功率FET組合。

一個前置 FET 驅動器被用來控製係統中的四種不同負載。這種組合能夠通過溫度係數較好地控製阻性負載。通常，負載被連接在低壓側，而功率 FET 則(ze)在(zai)高(gao)壓(ya)側(ce)完(wan)成(cheng)配(pei)置(zhi)

，以(yi)為(wei)負(fu)載(zai)供(gong)電(dian)。每(mei)一(yi)條(tiao)通(tong)道(dao)都(dou)可(ke)以(yi)由(you)一(yi)個(ge)來(lai)自(zi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)並(bing)行(xing)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)或(huo)串(chuan)行(xing)編(bian)程(cheng)寄(ji)存(cun)器(qi)來(lai)控(kong)製(zhi)。在(zai)一(yi)個(ge)並(bing)行(xing)結(jie)構(gou)中(zhong)，一(yi)個(ge)通(tong)用(yong) I/O 或基於定時器的輸出被用來控製負載電流。

柵極驅動輸出通常為一個恒定電流源，並且吸入輸出端來控製 FET 柵極電容充電和放電特性。與輸出串聯的一個外部電阻器限製了 FET 開關轉換的升降次數。這種效應使轉換率得到了控製，同時還可有助於減少會增加電磁幹擾（增加開關損耗和功耗）的開關極限期間出現的快速電流變化。這些輸出在內部被控製在 17V 的最大輸出電壓以下，以保護外部 FET 柵極免於源擊穿損壞。與一款集成的解決方案相比較

，可以對前置 FET 驅動器和功率 FET 的組合進行配置
，以防止應用中的動態和靜態故障。

車載照明電路故障檢測和控製方案

在所有的係統中故障檢測都是至關重要的。能夠獨立地對 “開啟”狀態下有短路負載和過電流現象以及“關閉”狀zhuang態tai下xia有you開kai路lu負fu載zai的de每mei一yi條tiao通tong道dao進jin行xing故gu障zhang檢jian測ce，將jiang使shi係xi統tong能neng夠gou做zuo出chu正zheng確que的de反fan應ying。這zhe種zhong檢jian測ce同tong時shi還hai可ke以yi將jiang出chu現xian故gu障zhang的de通tong道dao隔ge離li開kai
，以yi避bi免mian影ying響xiang其qi它ta正zheng常chang通tong道dao，特te別bie是shi在zai涉she及ji熱re相xiang互hu作zuo用yong問wen題ti的de時shi候hou。

當檢測到一個過電流狀態時
，通過“關閉”器件或激活將以低占空比自動重試和 “開啟”FET 的選項設置，就可以對 FET 進行保護。這樣就允許係統不斷地檢查故障是否已經被排除，並且不會破壞 FET。

在“關閉”狀態下監控開路負載故障為係統提供了負載完整性信息。當開關完全處於“關閉”狀態下時，通過監控外部功率 FET 的電源電壓，就可以實現對每一條通道開路負載故障的檢測。

同(tong)樣(yang)地(di)
，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)期(qi)間(jian)出(chu)現(xian)錯(cuo)誤(wu)的(de)故(gu)障(zhang)報(bao)告(gao)
，一(yi)種(zhong)抗(kang)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)濾(lv)波(bo)器(qi)在(zai)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)期(qi)間(jian)被(bei)激(ji)活(huo)
，以(yi)屏(ping)蔽(bi)故(gu)障(zhang)。可(ke)以(yi)對(dui)該(gai)抗(kang)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)屏(ping)蔽(bi)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)編(bian)程(cheng)來(lai)對(dui)所(suo)有(you)轉(zhuan)換(huan)率(lv)控(kong)製(zhi)實(shi)施(shi)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。如(ru)果(guo)該(gai)開(kai)路(lu)負(fu)載(zai)發(fa)生(sheng)在(zai)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)以(yi)後(hou)
，那(na)麼(me)在(zai)係(xi)統(tong)做(zuo)出(chu)正(zheng)確(que)的(de)動(dong)作(zuo)以(yi)前(qian)故(gu)障(zhang)的(de)確(que)定(ding)有(you)效(xiao)時(shi)間(jian)比(bi)故(gu)障(zhang)掩(yan)模(mo)時(shi)間(jian)要(yao)長(chang)。正(zheng)確(que)的(de)動(dong)作(zuo)就(jiu)是(shi)使(shi)該(gai)場(chang)效(xiao)應(ying)晶(jing)體(ti)管(guan)保(bao)持(chi)在(zai)“關閉”狀態下。

將一個高壓側前置FET驅動器和功率FET組合被廣泛地用於負載控製，例如：車載電子的白熾燈泡
、繼(ji)電(dian)器(qi)螺(luo)線(xian)管(guan)和(he)傳(chuan)輸(shu)螺(luo)線(xian)管(guan)等(deng)，還(hai)可(ke)能(neng)被(bei)應(ying)用(yong)於(yu)那(na)些(xie)要(yao)求(qiu)通(tong)過(guo)串(chuan)行(xing)總(zong)線(xian)通(tong)信(xin)或(huo)者(zhe)並(bing)行(xing)輸(shu)入(ru)控(kong)製(zhi)來(lai)實(shi)現(xian)負(fu)載(zai)控(kong)製(zhi)的(de)工(gong)業(ye)和(he)商(shang)業(ye)應(ying)用(yong)中(zhong)。將(jiang)每(mei)一(yi)個(ge)功(gong)率(lv) FET 與熱相互作用隔離的這種能力，在那些單通道短路或者熱關閉故障不會中斷其它負載控製通道功能的情況下是非常有好處的。

混合動力車(HEV)中的半導體器件解決方案

高電壓帶來的挑戰是混合動力車必須解決的問題。幾年前
，汽車中的功率器件大多數都是55V到60V的MOSFET，主要用於汽車的動力傳動係統。現在的汽車，包括混合動力汽車，則采用20V到600V的功率器件。對於動力轉向及製動這類應用，開發工程師正在尋找具有低導通阻抗的高性能低壓溝道型MOSFET
，以降低汽車的功耗。

輕度
、全麵及插電式HEV更是需要600V到1,200V之間的高電壓電子係統，這使設計更具挑戰性。除了需要高達600V到1,200V的高電壓能力外，也需要驅動逆變器和DC/DC轉換器中前所未見的電流密度的開關。功率IC要麵對這樣的高功率、高電壓以及高能源，就要以堅固耐用
、可靠性和安全作為主要的條件。IR 的Hauenstein博士曾表示，電機驅動IC的保護功能非常重要，在HEV牽引電機出現嚴重故障和短路時，免除了微型控製器的互動需要。因為這個問題在HEV逆變器中，開關高電流、高電壓IGBT時十分常見。”

IR的HEV方案係列也包括了具備非常低EMI和優化了的開關性能的驅動器及開關。例如最新的DirectFET MOSFET產chan品pin便bian完wan全quan不bu用yong鍵jian合he線xian，並bing且qie因yin為wei消xiao除chu了le大da部bu分fen的de寄ji生sheng電dian感gan

，以yi及ji具ju備bei最zui小xiao的de封feng裝zhuang電dian阻zu，所suo以yi能neng夠gou提ti供gong最zui佳jia的de開kai關guan性xing能neng。除chu了le領ling先xian行xing業ye的de低di導dao通tong電dian阻zu
、卓越的開關性能和增強了的溫度能效(例如雙側散熱)
，這款十分先進的無鍵合線芯片尺寸封裝讓設計的體積顯著減小，特別適用於高功率要求或者如HEVDC/DC轉換器這些快速開關應用。

IGBT和功率MOSFET作為混合動力汽車的核心技術，吸引功率半導體廠商紛紛瞄準這個龐大的市場。ISuppli曾預測汽車IGBT市場有望以17.2%的年複合增長率高速發展，位居汽車電源管理器件之首
，MOSFET市場增長居其次。雖然在未來幾年中混合動力車輛還將隻是占據車輛市場的一小部分
，但混合動力對逆變器和DC/DC的集中需求將形成市場對IGBT和功率MOSFET的巨大需要。

中國主要的汽車電子市場及發展機遇

安全
、節能、環(huan)保(bao)以(yi)及(ji)智(zhi)能(neng)和(he)信(xin)息(xi)化(hua)，是(shi)未(wei)來(lai)汽(qi)車(che)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)。中(zhong)國(guo)汽(qi)車(che)市(shi)場(chang)使(shi)得(de)汽(qi)車(che)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)得(de)以(yi)快(kuai)速(su)的(de)發(fa)展(zhan)，而(er)這(zhe)種(zhong)發(fa)展(zhan)是(shi)在(zai)現(xian)有(you)市(shi)場(chang)規(gui)模(mo)下(xia)的(de)呈(cheng)指(zhi)數(shu)生(sheng)長(chang)狀(zhuang)態(tai)的(de)增(zeng)長(chang)。有(you)市(shi)場(chang)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)，中(zhong)國(guo)的(de)總(zong)體(ti)汽(qi)車(che)產(chan)量(liang)非(fei)常(chang)龐(pang)大(da)，而(er)車(che)載(zai)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)數(shu)量(liang)也(ye)同(tong)樣(yang)可(ke)觀(guan)，主(zhu)要(yao)提(ti)供(gong)OEM支持服務。

汽車運用電腦作為平台以達到車載通信、導航、視聽娛樂、網絡控製

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