??? 在過去15到20年里,，汽車功率MOSFET已從最初的技術(shù)話題發(fā)展成為一項動態(tài)化的業(yè)務,。功率MOSFET之所以被選擇,，是因為其能夠耐受汽車電子系統(tǒng)中常遇到的掉載和系統(tǒng)能量突變等引起的瞬態(tài)高壓現(xiàn)象,。而且其封裝簡單,，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制等應用已逐漸成為大多數(shù)汽車的標配,，在設計中需要類似的功率器件。在這期間,，車用功率MOSFET也隨著電機,、螺線管和燃油噴射器的日益普及而也不斷推廣。
??? 如今的汽車電子系統(tǒng)已開創(chuàng)了功率器件的新時代,。本文將介紹和討論幾種推動汽車電子功率器件變革的新型應用,，并探討可實現(xiàn)當前汽車電子系統(tǒng)的功率MOSFET的一些發(fā)展。這些發(fā)展將有助于促進汽車電子行業(yè)前進,，尤其是在中國等新興市場,。
??? 市場動態(tài)
??? 在新型汽車應用中，有4大要素在推動著汽車電子功率器件的演變：
???? · 足夠的關(guān)斷電壓等級(Vvdss)
???? ·?系統(tǒng)功率要求
???? ·?系統(tǒng)智能性/生存能力?
???? ·?產(chǎn)品和系統(tǒng)成本?
??? 汽車電子應用一直都采用VVDSS約為60V的功率器件,。但是,，新的系統(tǒng)同時采用更高和更低的電壓等級，以更具低成本高效性的方式提供前所未有的系統(tǒng)性能,。
??? 高壓電/磁電噴射系統(tǒng)和高強度照明是兩種廣為流行的應用,。這兩種應用都需要耐擊穿電壓高達150V～300V的功率MOSFET,。勢能更高的壓電和磁電燃油噴射系統(tǒng)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，從而使得燃燒更充分,，降低廢氣排放,，并最終提高性能。
??? 高強度照明技術(shù)比普通白熾燈消耗更少的能量,，卻能夠產(chǎn)生更大的照明強度,，因此不僅可以提高駕駛?cè)藛T在夜晚或惡劣天氣條件下的能見度，還能便于其他駕駛?cè)藛T看到自己的車輛,。
??? 除了帶更高電壓的汽車電子功率應用，車內(nèi)消費產(chǎn)品的快速涌現(xiàn)也對電壓范圍提出更高要求,。CD/DVD播放器,、衛(wèi)星無線電、手機,、GPS導航,、MP3播放器接口就是需要功率MOSFET器件的新型應用范例，其所需的實際功率一般低于采用更小的分立或集成式元件的功率范圍,。功率器件具有它們所服務的消費產(chǎn)品的相同特征,。
??? 在上述應用中，尺寸非常重要,，故往往采用PCB封裝(其占位面積更小),，或表面封裝的新型功率器件。它們普遍運用Power?56和Super?SOT?SSOT?6等封裝方式,，在很小的封裝中提供相當高的功率處理能力,。
??? 日益增加的電子系統(tǒng)
??? 許多曾是機械或液壓式的車載系統(tǒng)正在轉(zhuǎn)型為電動或電動/液壓混合系統(tǒng)，其中最先轉(zhuǎn)變的是散熱器風扇,。采用電動電機后可去掉風扇皮帶,，風扇亦可通過現(xiàn)有引擎或根據(jù)冷卻劑溫度得到更精確的控制。
??? 其他類似應用還有電動助力轉(zhuǎn)向(EPS),、集成式啟動器交流發(fā)電機(ISA)和主動式懸掛系統(tǒng),。電動助力轉(zhuǎn)向和主動式懸掛系統(tǒng)為車載系統(tǒng)設計人員提供了相當大的靈活性，讓他們可以在多個車輛平臺上使用硬件系統(tǒng),，并通過軟件修改來改變車輛從輕便到豪華型的感覺,。
??? 這些電動/機械系統(tǒng)的特征之一是使用的功率等級極高。這些高能系統(tǒng)需要大電流功率開關(guān),。這些應用一般采用額定電壓30V～40V的高性能溝道型MOSFET(Trench?MOSFET),，來以盡量小的損耗提供最高的電流轉(zhuǎn)換。
??? 溝道型MOSFET已成為當前大部分車載應用的標準器件,。在以前,，平面型MOSFET構(gòu)建于硅晶圓表面之上,，而溝道型MOSFET是在硅片上蝕刻垂直溝道，所以讓功率開關(guān)能擁有更高的單元密度和更低的導通阻抗,。
??? 由于這些電機系統(tǒng)大多采用了MOSFET?H橋式電機驅(qū)動結(jié)構(gòu),，兩個器件總是串聯(lián)以便使用電壓更低的MOSFET，并耐受常見的汽車高電壓沖擊現(xiàn)象,。相比60V?MOSFET,，這些擊穿電壓更低的器件能夠把開關(guān)的導通阻抗降低50%。這將使得系統(tǒng)功耗減少50%,，從而減少系統(tǒng)發(fā)熱,，把散熱要求降至最低。
??? 隨著車載系統(tǒng)設計人員累積了更多有關(guān)低電壓功率MOSFET的經(jīng)驗,，并開始認識到其性能和成本優(yōu)勢,，低電壓功率MOSFET的應用范圍正在向剎車和顯示屏控制等其他低功率系統(tǒng)擴展。
??? 如今的功率溝道型MOSFET擁有低至1或2mΩ的導通阻抗(RDS(ON)),。這大大降低了系統(tǒng)功耗,，卻給車載系統(tǒng)設計人員帶來了其他復雜性。板上布線,、系統(tǒng)連接甚至封裝中的引線等寄生阻抗,，都給系統(tǒng)帶來可能超過了實際MOSFET自身導通阻抗的額外阻抗。
??? 混合模塊
??? 要進一步降低導通阻抗并獲得更高功率密度,，有一個方法是使用混合模塊,。當前許多應用都已開始放棄傳統(tǒng)的功率封裝解決方案，改為在IMS(絕緣金屬基板)或DBC(直接鍵合銅)?等材料制作的絕緣基板上安裝裸片,。相比分立式功率封裝,，即使在使用相同功率硅芯片的情況下，這些模塊提供的能量和電流能力更高,。
??? 模塊可以提供更高密度的裸片鍵合或更大的裸片引線鍵合,，從而減小互連阻抗，并把功率元件之間的距離減至最小,。這種更高能量密度帶來的是元件成本較分立式封裝方案高,。不過，對于高能量系統(tǒng),，系統(tǒng)尺寸和性能方面的改進足以彌補器件成本的增加,。?
????汽車電子MOSFET發(fā)展的另一個方向是感測、控制和保護功率開關(guān)性能的提高,。功率器件正集成到車載系統(tǒng)的智能中,。在最低功率級別，MOSFET如今可以與功率器件上的感測元件一起使用。這些感測元件能夠測量電流或溫度,，連接到電子設備上從而監(jiān)控系統(tǒng)性能,，并在出現(xiàn)過流或過熱情況時保護功率器件免受損害。
??? 30V～60V范圍的更低功率器件正被集成到串聯(lián)接口和微控制器等單片式IC中,。這種專用的單片IC能夠控制小型電機,，或通過電機和門鎖控制整個門節(jié)點。對于單片式IC在成本或技術(shù)上都不可行的更高能應用,，可以采用創(chuàng)新型封裝來實現(xiàn)集成,。通過把大功率MOSFET和控制集成電路整合在單個封裝中，可以構(gòu)建超高功率的智能系統(tǒng),。
??? 這些智能化器件可以提供更高的系統(tǒng)性能監(jiān)控能力,，通過集成保護功能提高功率系統(tǒng)的可靠性。它們都具有過流,、過壓和過熱保護等標準配置型功能,。當器件感測到有可能發(fā)生上述異常狀況時，能夠把功率MOSFET置于整個系統(tǒng)自我保護的環(huán)境中,。此外，這些器件還可集成診斷功能,，來監(jiān)控負載開路或短路,，有助于指導汽車機械裝置隔離和糾正車輛中出現(xiàn)的問題。
??? 這些所有應用背后的最后一個或許也是最重要的一個推動力量,，以及眾多此類技術(shù)可用的原因所在,，就是產(chǎn)品和系統(tǒng)成本。在汽車業(yè)務中,，有不變的推動力一直在降低產(chǎn)品和系統(tǒng)的成本,。其不僅推動元件成本的降低，也推動車輛擁有成本的降低,。
??? 本文還將可靠性納入成本的推動力之一,。一個可能導致線路故障或現(xiàn)場故障的低成本功率器件并不能算真正的低成本器件。在選擇汽車所采用的元件時,，系統(tǒng)設計人員必須把成本和可靠性作為主要的推動因素,。
??? 本文中討論的產(chǎn)品都是特別為汽車應用和系統(tǒng)而專門設計，足以用于汽車終端應用,。汽車市場已創(chuàng)建了幾個針對功率和智能功率器件的產(chǎn)品認證標準,，如AECQ100和AECQ101標準。面向汽車市場開發(fā)和供應的產(chǎn)品必須經(jīng)設計和特性化,，以滿足這些嚴格標準的要求,，確保終端系統(tǒng)的性能能夠滿足設計人員，更重要的是滿足車主對產(chǎn)品價值的期望。
??? 本文小結(jié)
??? 經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展,，如今汽車內(nèi)部的功率器件和設計考慮在廣度方面已取得了長足的進步,而在過去只需要考慮選擇60V還是55V的器件,。隨著用于娛樂、儀表板,、動力傳動控制,、安全性、車廂和穩(wěn)定性控制,、車身及便利性控制等應用的電子系統(tǒng)的不斷普及,，汽車中的功率器件數(shù)目已達到數(shù)百種，而且數(shù)量還在急劇增加,。如今,，選擇正確的器件已成為一項復雜的挑戰(zhàn)，但我們卻擁有可以實現(xiàn)所需性能和成本目標的眾多不同選擇,。
??? 電動車窗,、燃油噴射,、間歇式雨刷和巡航控制等應用已逐漸成為大多數(shù)汽車的標配,，在設計中需要類似的功率器件。在這期間,，車用功率MOSFET也隨著電機,、螺線管和燃油噴射器的日益普及而也不斷推廣。
??? 如今的汽車電子系統(tǒng)已開創(chuàng)了功率器件的新時代,。本文將介紹和討論幾種推動汽車電子功率器件變革的新型應用,，并探討可實現(xiàn)當前汽車電子系統(tǒng)的功率MOSFET的一些發(fā)展。這些發(fā)展將有助于促進汽車電子行業(yè)前進,，尤其是在中國等新興市場,。
??? 市場動態(tài)
??? 在新型汽車應用中，有4大要素在推動著汽車電子功率器件的演變：
???? · 足夠的關(guān)斷電壓等級(Vvdss)
???? ·?系統(tǒng)功率要求
???? ·?系統(tǒng)智能性/生存能力?
???? ·?產(chǎn)品和系統(tǒng)成本?
??? 汽車電子應用一直都采用VVDSS約為60V的功率器件,。但是,，新的系統(tǒng)同時采用更高和更低的電壓等級，以更具低成本高效性的方式提供前所未有的系統(tǒng)性能,。
??? 高壓電/磁電噴射系統(tǒng)和高強度照明是兩種廣為流行的應用,。這兩種應用都需要耐擊穿電壓高達150V～300V的功率MOSFET,。勢能更高的壓電和磁電燃油噴射系統(tǒng)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，從而使得燃燒更充分,，降低廢氣排放,，并最終提高性能。
??? 高強度照明技術(shù)比普通白熾燈消耗更少的能量,，卻能夠產(chǎn)生更大的照明強度,，因此不僅可以提高駕駛?cè)藛T在夜晚或惡劣天氣條件下的能見度，還能便于其他駕駛?cè)藛T看到自己的車輛,。
??? 除了帶更高電壓的汽車電子功率應用，車內(nèi)消費產(chǎn)品的快速涌現(xiàn)也對電壓范圍提出更高要求,。CD/DVD播放器,、衛(wèi)星無線電、手機,、GPS導航,、MP3播放器接口就是需要功率MOSFET器件的新型應用范例，其所需的實際功率一般低于采用更小的分立或集成式元件的功率范圍,。功率器件具有它們所服務的消費產(chǎn)品的相同特征,。
??? 在上述應用中，尺寸非常重要,，故往往采用PCB封裝(其占位面積更小),，或表面封裝的新型功率器件。它們普遍運用Power?56和Super?SOT?SSOT?6等封裝方式,，在很小的封裝中提供相當高的功率處理能力,。
??? 日益增加的電子系統(tǒng)
??? 許多曾是機械或液壓式的車載系統(tǒng)正在轉(zhuǎn)型為電動或電動/液壓混合系統(tǒng)，其中最先轉(zhuǎn)變的是散熱器風扇,。采用電動電機后可去掉風扇皮帶,，風扇亦可通過現(xiàn)有引擎或根據(jù)冷卻劑溫度得到更精確的控制。
??? 其他類似應用還有電動助力轉(zhuǎn)向(EPS),、集成式啟動器交流發(fā)電機(ISA)和主動式懸掛系統(tǒng),。電動助力轉(zhuǎn)向和主動式懸掛系統(tǒng)為車載系統(tǒng)設計人員提供了相當大的靈活性，讓他們可以在多個車輛平臺上使用硬件系統(tǒng),，并通過軟件修改來改變車輛從輕便到豪華型的感覺,。
??? 這些電動/機械系統(tǒng)的特征之一是使用的功率等級極高。這些高能系統(tǒng)需要大電流功率開關(guān),。這些應用一般采用額定電壓30V～40V的高性能溝道型MOSFET(Trench?MOSFET),，來以盡量小的損耗提供最高的電流轉(zhuǎn)換。
??? 溝道型MOSFET已成為當前大部分車載應用的標準器件,。在以前,，平面型MOSFET構(gòu)建于硅晶圓表面之上,，而溝道型MOSFET是在硅片上蝕刻垂直溝道，所以讓功率開關(guān)能擁有更高的單元密度和更低的導通阻抗,。
??? 由于這些電機系統(tǒng)大多采用了MOSFET?H橋式電機驅(qū)動結(jié)構(gòu),，兩個器件總是串聯(lián)以便使用電壓更低的MOSFET，并耐受常見的汽車高電壓沖擊現(xiàn)象,。相比60V?MOSFET,，這些擊穿電壓更低的器件能夠把開關(guān)的導通阻抗降低50%。這將使得系統(tǒng)功耗減少50%,，從而減少系統(tǒng)發(fā)熱,，把散熱要求降至最低。
??? 隨著車載系統(tǒng)設計人員累積了更多有關(guān)低電壓功率MOSFET的經(jīng)驗,，并開始認識到其性能和成本優(yōu)勢,，低電壓功率MOSFET的應用范圍正在向剎車和顯示屏控制等其他低功率系統(tǒng)擴展。
??? 如今的功率溝道型MOSFET擁有低至1或2mΩ的導通阻抗(RDS(ON)),。這大大降低了系統(tǒng)功耗,，卻給車載系統(tǒng)設計人員帶來了其他復雜性。板上布線,、系統(tǒng)連接甚至封裝中的引線等寄生阻抗,，都給系統(tǒng)帶來可能超過了實際MOSFET自身導通阻抗的額外阻抗。
??? 混合模塊
??? 要進一步降低導通阻抗并獲得更高功率密度,，有一個方法是使用混合模塊,。當前許多應用都已開始放棄傳統(tǒng)的功率封裝解決方案，改為在IMS(絕緣金屬基板)或DBC(直接鍵合銅)?等材料制作的絕緣基板上安裝裸片,。相比分立式功率封裝,，即使在使用相同功率硅芯片的情況下，這些模塊提供的能量和電流能力更高,。
??? 模塊可以提供更高密度的裸片鍵合或更大的裸片引線鍵合,，從而減小互連阻抗，并把功率元件之間的距離減至最小,。這種更高能量密度帶來的是元件成本較分立式封裝方案高,。不過，對于高能量系統(tǒng),，系統(tǒng)尺寸和性能方面的改進足以彌補器件成本的增加,。?
????汽車電子MOSFET發(fā)展的另一個方向是感測、控制和保護功率開關(guān)性能的提高,。功率器件正集成到車載系統(tǒng)的智能中,。在最低功率級別，MOSFET如今可以與功率器件上的感測元件一起使用。這些感測元件能夠測量電流或溫度,，連接到電子設備上從而監(jiān)控系統(tǒng)性能,，并在出現(xiàn)過流或過熱情況時保護功率器件免受損害。
??? 30V～60V范圍的更低功率器件正被集成到串聯(lián)接口和微控制器等單片式IC中,。這種專用的單片IC能夠控制小型電機,，或通過電機和門鎖控制整個門節(jié)點。對于單片式IC在成本或技術(shù)上都不可行的更高能應用,，可以采用創(chuàng)新型封裝來實現(xiàn)集成,。通過把大功率MOSFET和控制集成電路整合在單個封裝中，可以構(gòu)建超高功率的智能系統(tǒng),。
??? 這些智能化器件可以提供更高的系統(tǒng)性能監(jiān)控能力,，通過集成保護功能提高功率系統(tǒng)的可靠性。它們都具有過流,、過壓和過熱保護等標準配置型功能,。當器件感測到有可能發(fā)生上述異常狀況時，能夠把功率MOSFET置于整個系統(tǒng)自我保護的環(huán)境中,。此外，這些器件還可集成診斷功能,，來監(jiān)控負載開路或短路,，有助于指導汽車機械裝置隔離和糾正車輛中出現(xiàn)的問題。
??? 這些所有應用背后的最后一個或許也是最重要的一個推動力量,，以及眾多此類技術(shù)可用的原因所在,，就是產(chǎn)品和系統(tǒng)成本。在汽車業(yè)務中,，有不變的推動力一直在降低產(chǎn)品和系統(tǒng)的成本,。其不僅推動元件成本的降低，也推動車輛擁有成本的降低,。
??? 本文還將可靠性納入成本的推動力之一,。一個可能導致線路故障或現(xiàn)場故障的低成本功率器件并不能算真正的低成本器件。在選擇汽車所采用的元件時,，系統(tǒng)設計人員必須把成本和可靠性作為主要的推動因素,。
??? 本文中討論的產(chǎn)品都是特別為汽車應用和系統(tǒng)而專門設計，足以用于汽車終端應用,。汽車市場已創(chuàng)建了幾個針對功率和智能功率器件的產(chǎn)品認證標準,，如AECQ100和AECQ101標準。面向汽車市場開發(fā)和供應的產(chǎn)品必須經(jīng)設計和特性化,，以滿足這些嚴格標準的要求,，確保終端系統(tǒng)的性能能夠滿足設計人員，更重要的是滿足車主對產(chǎn)品價值的期望。
??? 本文小結(jié)
??? 經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展,，如今汽車內(nèi)部的功率器件和設計考慮在廣度方面已取得了長足的進步,而在過去只需要考慮選擇60V還是55V的器件,。隨著用于娛樂、儀表板,、動力傳動控制,、安全性、車廂和穩(wěn)定性控制,、車身及便利性控制等應用的電子系統(tǒng)的不斷普及,，汽車中的功率器件數(shù)目已達到數(shù)百種，而且數(shù)量還在急劇增加,。如今,，選擇正確的器件已成為一項復雜的挑戰(zhàn)，但我們卻擁有可以實現(xiàn)所需性能和成本目標的眾多不同選擇,。
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