近年来,汽车和工业设备领域对安全性的要求越来越高,在进行产品开发时,必须考虑到如何在紧急情况下确保功能安全。传统上,通常采用机械继电器或MOSFET来执行电子电路的ON/OFF控制,但它们在系统故障时却不具备相应的保护功能。为解决上述难题,ROHM公司日前面向引擎控制单元和变速箱控制单元等车载电子系统、PLC等工业设备,开发出40V耐压单通道和双通道输出的智能低边开关(IPD)“BV1LExxxEFJ-C/BM2LExxxFJ-C系列”。
简单而言,我们可以把由功率MOS、保护电路和有源钳位电路三部分组成的IPD,认为是用半导体技术实现保险丝和继电器功能,实现过流和过热保护。也就是说,传统的机械保险丝通常是以“自我牺牲”来实现电子保护,但IPD可以在智能地检测到过电流之后自主关闭功率MOS以保护系统,并同时通知主控端MCU,而且无需更换。而传统的机械继电器在过流保护时会产生“咔嗒”的声音,在车载应用中的用户体验并不友好,但IPD在整个电路保护的过程中却可以实现静音工作。
罗姆半导体(上海)有限公司技术中心经理孙波女士表示,从功能安全角度来看,相对于传统的机械保险丝和继电器,IPD不仅可以进行电子电路的ON/OFF控制,还内置有保护功能,可保护电路免受电气故障(异常时的过电流)的影响,有助于构建安全且可靠性高的系统。当被配置在电机和照明等被控设备的接地侧电路中时,既易于设计,又可轻松替代机械继电器和MOSFET。
得益于上述特性,目前IPD在工业市场中的规模达到了2.18亿美元,车载市场需求量更大,从引擎控制、变速箱控制,到车灯、防抱死制动,许多系统中都在使用,增长幅度超过7.3亿美元/年。
孙波介绍称,考虑到IPD内部的功率MOSFET部分在关断时会因反电动势而发热,新产品因此采用了ROHM自有的电路和器件技术“TDACC™”,通过优化控制流过电流的通道数量,在保持小型封装的前提下抑制了发热量并实现了低导通电阻,这些特性在小型IPD中是很难同时兼顾的,非常有助于各种设备的安全运行和减少功率损耗。
同时,由于采用TDACC技术可以进一步缩小封装,从而成功地实现了业界尚不多见的SOP-J8封装双通道输出40Mω(导通电阻)的产品。单通道和双通道产品均有40、80、160、250mΩ多种导通电阻值可选,能够满足客户多样化的需求。另外,新产品的接触放电耐受能力(对过电流浪涌的耐受能力)也高于普通产品,这将有助于各种设备的安全工作。
“出色的抗电池电压波动能力”是该系列产品另外一大特点。如下图所示,在实验模拟的误启动的情况下,ROHM的底边开关并不会产生异常的电流波动,而普通产品则会产生一个小的电流波动,从而导致指示LED闪烁。
工艺方面,罗姆IPD采用了专用的BV生产线,将沟槽MOS和CMOS集成于一枚芯片中,目前仅ROHM和其他两家同行业公司拥有相同工艺。在电路设计和功率封装上,ROHM追求易用性,开发了多种不同的功能,包括双重故障反馈、可调限流和压摆率控制。同时,通过固晶材料改良,满足了车载的需求以及功率器件散热性的要求。
新产品已于2022年10月开始暂以系列合计月产60万个(样品价格320日元/个,不含税)的规模投入量产。现已开始网售,可从Ameya360、Oneyac、Sekorm等电商平台购买。
孙波表示,今后罗姆计划将采用TDACC™技术的IPD专用工艺进一步微细化,开发出更低导通电阻、更小型、更多功能、更多通道的产品,通过丰富的产品阵容,为汽车和工业设备应用的安全、安心和节能贡献力量。