高可靠高边驱动助力汽车应用

三大负载类型中，最单纯的是阻性负载（如 PTC、座椅加热）。其负载特性比较稳定，考验高边驱动的导通内阻。高边驱动器的内阻越低，它所能带的阻性负载越大、额定电流越高。

容性负载在启动时会产生较大的浪涌电流。以卤素灯负载为例，通常车灯负载特性和浪涌电流由 IDC，IINRUSH 和 tLAMP−ON 三个参数描述。IDC 定义了稳定状态时的消耗电流，IINRUSH 是初始浪涌电流，同时，时间常数 tLAMP−ON 描述了达到稳定状态的转变时间。一般认为 IINRUSH 是 IDC 的 10 倍。当驱动电流降至小于 IINRUSH 一半时，车灯达到打开状态，这段时间定义为 tLAMP−ON。如果高边驱动存在因为浪涌电流导致的短路保护和开启重试，则 tLAMP−ON 定义为从开始到最后一次开启重试所需时间。在车灯设计中应该确保 tLAMP−ON 不超过 30ms[1]。浪涌电流主要受灯丝温度影响，最差情况基本发生在 -40℃，典型情况是在环境温度（+25℃）。而实际工作电流往往远小于浪涌电流，所以针对容性负载的限流保护设计是一个挑战。

最复杂的是感性负载。汽车电子系统中常见感性负载主要有：变速箱控制模块（TCU）应用中的执行器，如电机、电磁阀等；车身控制模块（BCM）中的执行器，如雨刮、继电器、风机、水泵、油泵等，同样表现为感性特点。高边驱动在应对感性负载关断时，需要通过续流保护维持感性负载电流流向不变，但如果负载两端的电压极性突然翻转，高边驱动输出端将瞬间产生数百伏负电压。由于关断负压幅度大小与感性负载中退磁能量成正相关，高边驱动内部的 MOSFET DS 端将承受巨大反向电压，如果未采取任何钳位措施，MOSFET 将面临被损毁的风险[2]。与此同时，瞬间关断产生的退磁耗散能量是否在高压侧器件承受范围内，也决定着退磁关断是否会烧毁高边驱动。

那么为了应对这些负载驱动时的挑战，一颗好的高边驱动芯片需要具备哪些特点呢？通常，汽车应用除了正常的开关和驱动能力，还主要从保护功能和负载诊断进行评估。典型评估项目如表 1 所示。