中心論題：

• 關斷電壓等級
  、係統功率要求、係統智能性和產品係統成本等四大要素推動著汽車電子功率器件的演進
• 詳細介紹當前汽車電子係統功率MOSFET的發展狀況
• 汽車電子MOSFET發展的一個最終方向是提高感測、控製和保護功率開關的能力

解決方案：

• 采用溝道型MOSFET以獲得更高的單元密度和更低的導通阻抗
• 進一步降低導通阻抗，獲得更高功率密度的方法之一是使用混合模塊
• 集成功率器件到智能化車載係統中去
• 還要充分考慮到產品和係統的成本以及可靠性的重要程度

過去15到20年間
，汽車用功率MOSFET已從最初的技術話題發展成為蓬勃的商業領域。選用功率MOSFET是因為其能夠耐受汽車電子係統中常遇到的掉載和係統能量突變等引起的瞬態高壓現象。且封裝很簡單
，主要采用TO220 和 TO247封裝。電動車窗、燃油噴射、間歇式雨刷和巡航控製等應用已逐漸成為大多數汽車的標配，在設計中需要類似的功率器件。在這期間，隨著電機、螺線管和燃油噴射器日益普及，車用功率MOSFET也不斷發展壯大。

今(jin)天(tian)的(de)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)已(yi)開(kai)創(chuang)了(le)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)新(xin)時(shi)代(dai)。本(ben)文(wen)將(jiang)介(jie)紹(shao)和(he)討(tao)論(lun)幾(ji)種(zhong)推(tui)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)變(bian)革(ge)的(de)新(xin)型(xing)應(ying)用(yong)。還(hai)將(jiang)探(tan)討(tao)實(shi)現(xian)當(dang)前(qian)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)MOSFET的一些發展狀況。這些發展將有助於促進汽車電子行業向前，特別是在一些新興市場如中國。

市場動態
新型應用中有4大要素在推動汽車電子功率器件的演進：

•  足夠的關斷電壓等級 (Bvdss)
•  係統功率要求
•  係統智能性/生存能力 (survivability)
•  產品和係統成本

一直以來，汽車電子應用都采用Bvdss約60V的功率器件。然而，新的係統同時使用更高和更低的電壓等級
，以更具成本效益的方式提供前所未有的係統性能。

高壓電/磁電噴射係統和高強度照明是兩種廣為流行的應用，都需要擊穿電壓高達150V 到 300V的功率MOSFET。勢能更高的壓電和磁電燃油噴射係統能夠提供更準確的燃油噴射和更精細的空氣/燃油混合比例，使到燃燒更充分，有害排放得以降低
，並最終提高性能。

相(xiang)比(bi)普(pu)通(tong)白(bai)熾(chi)燈(deng)
，高(gao)強(qiang)度(du)照(zhao)明(ming)技(ji)術(shu)消(xiao)耗(hao)更(geng)少(shao)的(de)能(neng)量(liang)卻(que)能(neng)夠(gou)產(chan)生(sheng)更(geng)大(da)的(de)照(zhao)明(ming)強(qiang)度(du)。這(zhe)樣(yang)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)駕(jia)駛(shi)人(ren)員(yuan)在(zai)夜(ye)晚(wan)或(huo)惡(e)劣(lie)天(tian)氣(qi)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)能(neng)見(jian)度(du)，同(tong)時(shi)也(ye)便(bian)於(yu)其(qi)它(ta)駕(jia)駛(shi)人(ren)員(yuan)看(kan)到(dao)自(zi)己(ji)的(de)車(che)輛(liang)。

除了電壓更高的汽車電子功率應用之外
，車輛內部消費應用產品快速的湧現也對電壓範圍提出更高要求。CD/DVD播放器

、衛星無線電
、手機、GPS導航、MP3播放器接口就是需要功率MOSFET器qi件jian的de新xin型xing應ying用yong之zhi例li子zi。這zhe些xie應ying用yong所suo需xu的de實shi際ji功gong率lv一yi般ban低di於yu采cai用yong更geng小xiao的de分fen立li或huo集ji成cheng式shi元yuan件jian的de功gong率lv範fan圍wei。功gong率lv器qi件jian具ju有you它ta們men所suo服fu務wu的de消xiao費fei產chan品pin的de相xiang同tong特te征zheng。在zai上shang述shu應ying用yong中zhong，尺chi寸cun非fei常chang重zhong要yao
，故gu往wang往wang采cai用yongPCB封裝占位麵積更小
，或表麵安裝的新型功率器件。Power 56 和 Super SOT SSOT 6等封裝普遍用於這些應用
，在很小的封裝中提供相當高的功率處理能力。

圖1. 各種汽車應用及其相關電壓和功率範圍的幾個實例


圖2. 目前用於汽車電子的眾多標準分立式封裝的幾個實例

許多曆來是機械或液壓式的車載係統正在向電動或電動/液ye壓ya混hun合he係xi統tong轉zhuan型xing。首shou當dang其qi衝chong的de是shi散san熱re器qi風feng扇shan。采cai用yong電dian動dong電dian機ji後hou，可ke以yi去qu掉diao風feng扇shan皮pi帶dai，風feng扇shan可ke利li用yong現xian有you引yin擎qing或huo根gen據ju冷leng卻que劑ji溫wen度du來lai進jin行xing更geng精jing確que的de控kong製zhi。其qi它ta類lei似si應ying用yong還hai有you電dian動dong助zhu力li轉zhuan向xiang (EPS)、集成式啟動器交流發電機 (ISA) hezhudongshixuanguaxitong。diandongzhulizhuanxianghezhudongshixuanguaxitongweichezaixitongshejirenyuantigonglexiangdangdadelinghuoxing，rangtamenkeyizaiduogecheliangpingtaishangshiyongyingjianxitong，bingtongguoruanjianxiugailaigaibiancheliangcongqingbiandaohaohuaxingdeganjiao。

這些電動/機ji械xie係xi統tong的de特te征zheng之zhi一yi是shi使shi用yong的de功gong率lv等deng級ji極ji高gao，因yin此ci需xu要yao大da電dian流liu功gong率lv開kai關guan。為wei了le能neng夠gou以yi盡jin量liang小xiao的de損sun耗hao提ti供gong最zui高gao的de電dian流liu轉zhuan換huan，這zhe些xie應ying用yong一yi般ban采cai用yong額e定ding電dian壓ya30V 到 40V的高性能溝道型MOSFET (Trench MOSFET)。

功率MOSFET解決方案
溝道型MOSFET的采用已成為當前大部分車載應用的標準。傳統的平麵型MOSFET建立在矽晶圓表麵之上，而溝道型MOSFET是在矽片上蝕刻垂直溝道，從而讓功率開關得以擁有更高的單元密度和更低的導通阻抗。由於這些電子機械係統大多數都采用了MOSFET H橋式電機驅動結構，兩個器件總是串聯以便使用更低電壓的MOSFET，同時仍然可以耐受常見的汽車高電壓衝擊現象。相比60V MOSFET
，這些擊穿電壓更低的器件能夠把開關的導通阻抗降低50%，這意味著係統功耗減少50%
，亦即係統發熱減少，最終把散熱要求降至最低。

圖3. 溝道型與平麵型 MOSFET之比較


圖4. H橋式電機配置

隨著車載係統設計人員在低電壓功率MOSFET方麵累積更多的工作經驗，並開始認識到其性能和成本優勢
，低電壓功率MOSFET的應用範圍正在向刹車和顯示屏控製等其它低功率係統擴展。

現在的功率溝道型MOSFET的導通阻抗 (RDS(ON)) 低至1或2毫歐。這雖然大大降低了係統功耗

，但給車載係統設計人員帶來了其它複雜性，包括板上布線
、係統連接以及封裝中引線在內的寄生阻抗給係統帶來的額外阻抗很可能超過了實際的MOSFET (自身導通阻抗)。yaojinyibujiangdidaotongzukang，huodegenggaogonglvmidudefangfazhiyishishiyonghunhemokuai。dangqianxuduoyingyongdouyikaishifangqichuantongdegonglvfengzhuangjiejuefangan，gaiweizaiIMS (絕緣金屬基板) 或 DBC (直接鍵合銅) dengcailiaozhizuodejueyuanjibanshanganzhuangluopian。jishizaishiyongxiangtonggonglvguixinpiandeqingkuangxia

，xiangbifenlishigonglvfengzhuang，zhexiemokuaitigongdenenglianghedianliunenglidougenggao。mokuainenggoutigonggenggaomidudeluopianjianhehuogengdadeluopianyinxianjianhe，kejianxiaohulianzukang，tongshiyoubagonglvyuanjianzhijiandejulijianzhizuixiao。zhezhonggenggaonengliangmidudedaijiashiyuanjianchengbenjiaofenlishifengzhuangfangangao。buguo，duiyugaonengliangxitong，xitongchicunhexingnengfangmiandegaijinzuyimibuqijianchengbenzengjiadequehan。

圖5. 汽車混合式模塊的示例

汽車電子MOSFET發展的一個最終方向是提高感測
、控製和保護功率開關的能力。功率器件正在集成到智能化車載係統中。在最低功率級別
，MOSFET現(xian)在(zai)可(ke)以(yi)與(yu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)上(shang)的(de)感(gan)測(ce)元(yuan)件(jian)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)。這(zhe)些(xie)感(gan)測(ce)元(yuan)件(jian)能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)或(huo)溫(wen)度(du)，並(bing)能(neng)夠(gou)連(lian)接(jie)到(dao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)以(yi)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)，並(bing)在(zai)出(chu)現(xian)過(guo)流(liu)或(huo)過(guo)熱(re)情(qing)況(kuang)時(shi)保(bao)護(hu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)免(mian)受(shou)損(sun)害(hai)。

30V 到 60V範圍的低功率器件正在集成到包括串聯接口和微控製器在內的單片式IC中。這種專用的單片IC能夠控製小型電機，甚至可能通過電機和門鎖控製整個門節點。對於更高能量的應用，單片式IC在成本或技術上都不可行，但可以采用創新的封裝解決方案來實現集成。通過把大功率MOSFET和控製集成電路整合在單個封裝中
，可以構建超高功率的智能係統。


圖6所suo示shi為wei目mu前qian車che載zai係xi統tong中zhong采cai用yong多duo芯xin片pian封feng裝zhuang的de幾ji個ge實shi例li。這zhe些xie智zhi能neng化hua器qi件jian可ke以yi提ti供gong更geng高gao的de係xi統tong性xing能neng監jian控kong能neng力li，通tong過guo集ji成cheng保bao護hu功gong能neng提ti高gao功gong率lv係xi統tong的de可ke靠kao性xing。如ru過guo流liu、過壓和過熱保護等功能都是這類產品的標配。當器件感測到有可能發生上述異常狀況時，能夠把功率MOSFET置(zhi)於(yu)自(zi)我(wo)保(bao)護(hu)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)。此(ci)外(wai)，這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)還(hai)集(ji)成(cheng)有(you)附(fu)加(jia)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)
，用(yong)以(yi)監(jian)控(kong)負(fu)載(zai)開(kai)路(lu)或(huo)短(duan)路(lu)，有(you)助(zhu)於(yu)指(zhi)導(dao)汽(qi)車(che)機(ji)械(xie)裝(zhuang)置(zhi)隔(ge)離(li)和(he)糾(jiu)正(zheng)車(che)輛(liang)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)。

最後，或許也是所有應用背後最重要的推動力量
，以及眾多這類技術可用的原因所在：jishichanpinhexitongchengben。zaiqicheyewuzhong，yoububiandetuidongliyizhizaijiangdichanpinhexitongdechengben。qibujintuidongyuanjianchengbendejiangdi，yetuidongcheliangyongyouchengbendejiangdi。zaibenwenzhong，haibakekaoxingyeshizuochengbentuidongli。kenengdaozhixianluguzhanghuoxianchangguzhangdedichengbengonglvqijianbingbushizhenzhengdedichengbenqijian。zaixuanzeqichesuocaiyongdeyuanjianshi，xitongshejirenyuanbixubachengbenhekekaoxingzuoweizhuyaodetuidongliliang。benwentaolundechanpindoushizhuanweichezaiyingyongjixitongershejide
，bingzhenduiqichezhongduanshiyongertexinghuajijiandingzige。qicheshichangyiweigonglvhezhinenggonglvqijianjianlilejigechanpinrenzhengbiaozhun
，biruAECQ100 和 AECQ101標biao準zhun。麵mian向xiang汽qi車che市shi場chang開kai發fa和he供gong應ying的de產chan品pin必bi須xu經jing設she計ji和he特te性xing化hua，以yi滿man足zu這zhe些xie嚴yan格ge標biao準zhun的de要yao求qiu，確que保bao終zhong端duan係xi統tong的de性xing能neng能neng滿man足zu設she計ji人ren員yuan，更geng重zhong要yao的de是shi
，滿man足zu車che主zhu對dui產chan品pin價jia值zhi的de期qi望wang。

小結
過去，選擇60V 還是 55Vwangwangshizuidadeshejiwentizhiyi
，erjingguoshuniandefazhan，rujinqicheneibudegonglvqijianheshejikaolvshixiangzaiguangdufangmianyiqudelechangzudejinbu。suizhedianzixitongzhenduiyule、儀表板、動力傳動控製、安全性、chexianghewendingxingkongzhiyizhicheshenjibianlixingkongzhidengbuduanfazhan
，yibanqichezhongdegonglvqijianshumuyishishuyibaiji，bingqiezhengzaijijuzengjiazhizhong。xuanzezhengquedeqijianxianyichengweiyixiangjianjudetiaozhan，xumianduixuduobutongdejishuxuanxiang，yidazhisuoxudexingnenghechengbenmubiao。