隨著先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛不斷發(fā)展，要求為不斷增多的控制單元提供智能化的安全供電。這就要求對電氣系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，防止有缺陷的用電設(shè)備造成過流甚至短路。

可通過多種方式提供保護(hù)功能：一方面，采取措施限制單個用電設(shè)備的電流；另一方面，在電氣系統(tǒng)出現(xiàn)長時間電壓下降之前，迅速斷開有故障的用電設(shè)備或有故障的電氣系統(tǒng)部分與系統(tǒng)其他部分的連接。否則，長時間的電壓下降會迫使ADAS 重要功能的 ECU 進(jìn)入欠壓復(fù)位，從而短暫禁用與安全相關(guān)的功能。

傳統(tǒng)的保險絲和繼電器無法勝任這一任務(wù)，因為它們的開關(guān)速度比智能半導(dǎo)體模塊低 100 倍。這會使敏感負(fù)載和電源面臨過載風(fēng)險。此外，熔化的保險絲必須更換，而且不能像半導(dǎo)體模塊那樣復(fù)位。這不是選擇方案，尤其不適合未來的區(qū)域架構(gòu)。

新功能

英飛凌新型PROFET Load Guard系列產(chǎn)品完美結(jié)合了保護(hù)和診斷功能，適用于設(shè)計未來的 ADAS 系統(tǒng)。這款靈活的高壓側(cè)電源開關(guān)具有多種功能，如電源保護(hù)、負(fù)載控制和保護(hù)、自我保護(hù)和電線保護(hù)。由于PROFET Load Guard可限制浪涌，因此也適用于切換電容性負(fù)載。電容性負(fù)載開關(guān)模式（CLS 模式）還可快速接通大型電容器，而不會發(fā)生模塊熱過載。由于可調(diào)節(jié)電流限制，該元件還能保護(hù)傳感器供電線路中的敏感濾波元件（關(guān)鍵詞：同軸電纜供電）。實際電流值的公差比(kILIS)非常精確，因此還能對負(fù)載狀況進(jìn)行精確診斷。

圖1顯示應(yīng)用實例：通過同軸電纜為兩個 ADAS ECU（本例中用于攝像頭）供電，由濾波器隔離信號（圖中為數(shù)據(jù)）和電源電壓。如果攝像頭造成短路，PROFET Load Guard（圖中藍(lán)色部分）會將負(fù)載電流限制在預(yù)設(shè)值內(nèi)。一方面，電流限制可保護(hù)濾波器線圈（PoC），防止負(fù)載端過熱。另一方面，DC/DC電源也能保持在規(guī)定的負(fù)載范圍內(nèi)，并能夠繼續(xù)為另一個攝像頭供電，而不會出現(xiàn)任何問題。因此，電流限制可確保負(fù)載電路之間不受干擾。

可調(diào)節(jié)電流限制技術(shù)的最新發(fā)展

圖2顯示PROFET Load Guard系列產(chǎn)品 BTG7090-2EPL 及其內(nèi)部功能塊框圖。這款過流限制模塊是全新的功能模塊。與前代產(chǎn)品相比，PROFET Load Guard在發(fā)生過流時不會簡單地關(guān)閉，而是繼續(xù)運行，并且將輸出電流限制在預(yù)設(shè)限值內(nèi)。

為此，BTG7090-2EPL配備了可調(diào)節(jié)電流限制功能，外部電阻用于配置最大電流。在過載情況下，輸出電流被限制在電阻器設(shè)定的極限電流范圍內(nèi)，PROFET Load Guard的輸出晶體管進(jìn)入線性工作狀態(tài)。晶體管中產(chǎn)生的功率損耗會加熱元件。只有當(dāng)芯片溫度或溫度梯度達(dá)到一定的最大值時，元件才會關(guān)閉受影響的通道以保護(hù)自身。然后，重試策略開始發(fā)揮作用，這是自動重啟和鎖定功能的結(jié)合：在關(guān)閉后，芯片溫度再次下降，PROFET Load Guard會自動重新開啟（假設(shè)控制輸入端有持續(xù)的高壓信號）。如果六次重啟嘗試失敗，輸出級將永久關(guān)閉（鎖定）?？刂戚斎攵说牡?高序列將重置內(nèi)部重試計數(shù)器，并重新開啟輸出。

由于電流限制可調(diào)節(jié)，該模塊在應(yīng)用中具有很高的靈活性。通過選擇電阻器，其功能可適應(yīng)不斷變化的要求。

在自我保護(hù)方面，依靠溫度監(jiān)控器在溫度過高時關(guān)閉開關(guān)。當(dāng)然，控制微控制器也可以關(guān)閉 PROFET Load Guard。感應(yīng)引腳上的診斷反饋信號可作為決策依據(jù)。因此，該模塊還能提供負(fù)載當(dāng)前功耗的精確反饋(±5%)。

處理回流電流減少功率損耗

PROFET Load Guard只能關(guān)閉一個方向的電流。在另一個方向上，即使通道本身不導(dǎo)通，MOSFET 的本體二極管也會導(dǎo)通。例如，在作為負(fù)載的再生電機中就存在電流回流。體二極管中可能會產(chǎn)生高功率損耗，使得芯片發(fā)熱，也可能使相鄰?fù)ǖ腊l(fā)熱，從而導(dǎo)致它們關(guān)斷。

反向開啟（InverseOn）產(chǎn)品功能允許內(nèi)部 MOSFET 在回流電流處于一定限制范圍內(nèi)時開啟。其優(yōu)勢在于：發(fā)生在 MOSFET通道中的功率損耗小于發(fā)生在體二極管中的功率損耗。

借助電容性負(fù)載開關(guān) (CLS) 功能塊，PROFET Load Guard還適用于大型電容性負(fù)載的快速充電和開關(guān)。為此，輸入由特定的 PWM 控制，該PWM信號使模塊進(jìn)入具有連續(xù)自動重啟關(guān)閉策略的 CLS 模式。開關(guān)周期不斷重復(fù) “導(dǎo)通并提供限流” 和 “由于溫度陡升保護(hù)而關(guān)斷”，直到輸出晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)下的壓降低于某一特定值。在這種情況下，認(rèn)為電容性負(fù)載已充分充電。之后，PWM 將被永久切換，并由控制輸入端的高電平所取代。優(yōu)點是在此期間，模塊仍處于規(guī)定的安全工作區(qū) (SOA)。

可用性、模擬性能和評測板

PROFET Load Guard已通過 ISO-26262。因此，英飛凌在安全應(yīng)用說明 (SAN)中提供了相關(guān)信息，有助于將該組件集成到功能安全系統(tǒng)中。首款衍生產(chǎn)品是雙通道 BTG7090-2EPL，儒卓力可應(yīng)要求提供樣品。量產(chǎn)已于 2022 年底開始。感興趣的用戶可在網(wǎng)頁www.infineon.com/profetloadguard上找到數(shù)據(jù)表、仿真模型和其他工具。

結(jié)合使用英飛凌的μIO-Stick和Config Wizard GUI，可以對模塊進(jìn)行配置、控制和測試。

總結(jié)

ADAS需要在車輛電氣系統(tǒng)中提供可靠的電源。為此，必須保護(hù)電氣系統(tǒng)不受其他有缺陷且有過大電流需求的用電設(shè)備的影響。PROFET Load Guard的限流功能可根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行調(diào)整，首先不允許輸出端出現(xiàn)危險的短路電流和峰值電流，從而保護(hù)負(fù)載和12V電源免受過載影響。

為了便于評測，英飛凌提供兩塊用于組裝套件的電路板：主板 PROFET ONE4ALL MB V1 和子板 BTG7090-2EPL DAUGH BRD（圖 4）。

本文作者：儒卓力汽車業(yè)務(wù)部門(ABU)產(chǎn)品銷售經(jīng)理Ralf Hickl