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DT99-6___________________________________________________________________________________设计指南智能功率开关：在汽车环境中应用摘要虚地地电位偏移电压尖峰电池反接电池断线负载陡降能力智能功率开关（IPS）在汽车应用环境中特别受欢迎，在这类环境里这些开关必须处理一些昀恶劣的电器故障---包括地线丢失或偏移，电压尖峰，反接或电池开路以及负载突变。IPS驱动从功率继电器和电磁阀到电机和灯的这些负载的同时，针对所有这些故障提供保护。低端，高端以及不接地高边开关采用不同的内部结构来完成这些功能，因电路侧重点不同而它们的动作也有所不同。（汽车电器条件要求请参阅ISO7637定义）1．虚地1-1低端IPSs如果一个低边开关和地的连接断开，上面的负载将不会被启动。图1显示在这种情况下，IPS内寄生的电路被启动。串联电阻Rin用来限制流入微处理器的电流。该电阻阻值必须足够小（约1k），小到它上面的电压降可以忽略，以保证正常条件下运行正常。1-2高端IPSs高边开关的逻辑控制电位以Vcc为参考电位。如地线脱开，IN脚被上拉至Vcc。功率MOSFET被关闭，负载将不会再被启动。串联电阻（约15K）将通过DG和IN脚回注的电流限制到约1mA。图2DT99-6___________________________________________________________________________________显示电线丢失期间的电流通路。图1-低边IPS地线丢失期间的电流通路1-3以Vcc为参考输入的高边IPSs以Vcc为参考输入的高边开关正常使用时是不接地的。所以无所谓接地丢失的问题。图2-高端IPS地线丢失期间的电流通路2．地电位偏移高端开关的浮动门极驱动允许介于负载地和逻辑地之间的正电压和负电压。地电位偏移是指输出电压相对于逻辑地的共模电压（见图3）。只要负载地低于Vcc，高于(Vcc-Vcl)，IPS就可以始终保持有效控制。图3-高端IPS地电位偏移定义3．电压尖峰DT99-6___________________________________________________________________________________Vcc或Vbat上的电压脉冲的描述典型地由上升时间，持续时间和电压源阻抗来定义。例如，在IR欧洲版本中一个典型的案例里，正向脉冲有如下特征描述：Vp=100V,tr=1ms,Td=50ms,Ri=10；负脉冲的持续时间较短：Vp=100V,tr=1ms,Td=2ms,Ri=10。两种脉冲表明了感性效应的存在：关断与器件串联的电感上的电流时，就会产生正脉冲；关断与器件并联的电感负载上的电流，就会产生负脉冲。3-1低端IPS正向脉冲对于低端开关，当Vcc电压超过Vclamp时，Vpulse与Vclamp之间的电压差启动负载，从而防止电流回注入微处理器。负向脉冲负脉冲通过体二极管导通，也可以启动负载。一个反偏保护指示有助于防止电流回注入微处理器（图4b）。图4-低端IPS有正负脉冲期间的电流通路3-2高端IPS对于Vcc上的正脉冲或负脉冲，也许有必要加一个齐纳二极管来补偿高边IPS器件内部电路有限的功率耗散能力。（见图5）DT99-6___________________________________________________________________________________图5-高端IPS有正负脉冲期间的电流通路3-3以Vcc为参考输入的高边IPS对于以Vcc为参考输入的高边开关，如IPS5551T，在Vcc和IN之间必须加一个齐纳二极管，如图6所示，这是为了限制流入和流出微处理器的电流。不论有正脉冲还是负脉冲，负载始终处于工作状态。图6在输入端串接电阻限制电流时，外加齐纳二极管保护输入脚4．电池反接4-1低端IPS如果电池反接，电流将通过处于正向偏置的体二极管，启动负载。在这种情况下，必须对结温进行评估，因为几秒种后二极管的功耗会将结加热到一个高的温度。一个内置的反向偏置保护电路会防止该电流回流向微处理器。DT99-6___________________________________________________________________________________图7-低端IPS电池反接期间的电流通路4-2高端IPS串接在地线返回处的肖特基二极管用来防止负向偏置（图8）。通过体二极管可以驱动负载工作，但必须评估结温升（由于二极管功耗）。如果负载不能被驱动而工作，Vcc正端必须串入一只功率肖特基二极管。（可以用一个低Rds(on)的IPS代替肖特基二极管以减小电压降。）图8-高端IPS-14V电池反接期间的电流通路4-3以Vcc为参考输入的高边IPS在输入端串入一个肖特基二极管用来防止负向偏置（图9）。（选择小功率肖特基二极管比较合适）。同样，负载通过体二极管被驱动。DT99-6___________________________________________________________________________________图9-无地线高边IPS-14V电池反接期间的电流通路5．电池断线如果在驱动一个电感负载时电源断开，电流必须找到替代路径。然而，由于低端开关和以Vcc为参考输入的高端开关不能提供任何消磁通路，电池断线导致的后果将和‘电池反接’相似。然而对于高端IPS，负载电流将会流过内部二极管和40电阻。为了保护此电阻（它只能承受0.4的电流），有必要用如图10里一只齐纳二极管(DZ1)和一只二极管(D2)串联来附加一条替代的电流通路。图10-高端IPS电池断线时的电流通路DT99-6___________________________________________________________________________________6．负载陡降能力负载陡降指在交流发电机满功率输出的时候电池断线。我们通过描述Vcc来定义负载陡降值，用昀高峰值电压，上升时间，持续时间和电压源阻抗来描述负载陡降时的Vcc。例如，在我们的欧洲版本中，典型的负载陡降值是：Vp=37V,Tr=10ms,Ton=200ms,Ri=2。一个总的原则，IPS的额定Vcl必须在负载陡降电压之上（防止电流回流至微处理器）。负载陡降过电压保持低于Vcl，在开关关断时就不会出现问题。而在开关开通时，功耗增加(RdsonxI2负载陡降)，结温上升，必须对Tj进行评估。如果要求系统在负载陡降期间仍然工作，则漏极电流必须始终低于Isd。图11-低端IPS负载陡降时的电流通路7．结论本计指南深入讲解了IPS在汽车应用环境中的工作情况。有关这类器件所具有的基本保护特点，请参阅设计指南DT99-4。设计提示DT99-5讲解IPS器件的开关能力和故障诊断功能。DT99-6___________________________________________________________________________________IRXi’anApplicationCentre