什么是 IPD?
IPD 的全称是 Intelligent Power Device,即“具有智能功能的电源器件”。根据制造商的不同,其叫法也不一样,有时也被称为 Smart Switch、High-side /Low-side Switch 等,那么怎样才算是“智能”呢?
MOSFET 和 IPD 的区别
当提到半导体开关时,通常就会想到 MOSFET。IPD 的基本功能是开关,内部结构 (芯片) 的大部分是 MOSFET 本身,但 IPD 增加了具有各种附加功能的逻辑部分 (这里称为“智能功能”)。例如从下图 (图1) 的产品框图来看,红色部分相当于 Power Device 的 MOSFET,黄色部分相当于 Intelligent 的附加功能,下文介绍它的附加功能和优点。
图1 产品框图示例
IPD 的附加功能和优点
不同产品的附加功能各不相同,但一般包括以下内容:过热保护、过压保护、过载保护、电流检测、诊断功能、反极性保护、抛负载保护和电池、负载和接地断开连接检测。以下将简要介绍提供这些附加功能的原因以及优势。例如 IPD 具有过流和过热保护电路:如果仅使用 MOSFET 作为开关,当电路中的负载发生短路时,MOSFET 本身也将产生故障,但 IPD 中的过流和过热保护电路可使其在短路等异常情况下,也可以继续作为开关工作而不会断路。
机械保险丝可以通过熔化来阻止过大电流的流动,因此经常需要物理更换才能恢复,所以 IPD 被用来代替机械保险丝。当使用 IPD 作为半导体保险丝时,它可以检测过大电流等异常情况,及时中断,并将异常情况通知微控制器,以使其在固定的时间恢复,这样就无需对部件进行物理更换。另一个经常与 IPD 产生联系的是机械继电器。继电器是通过外部信号进行开关的元件,由于其开关采用机械触点,因此会产生机械噪声。
除此之外,机械接触点存在耐用性和可靠性方面的问题。而 IPD 是半导体,因此不存在机械耐久性问题,而且噪音低、体积小,并且还具有机械继电器所不具备的保护功能,因此虽然成本略高,但具有更高可靠性。如下表 (表1) 所示,在对机械保险丝、机械继电器和 IPD 进行比较时,由于 IPD是半导体,因此其成本和设计工时高于机械元件,但它有助于在有限的 ECU 面积内节省空间,并能通过各种附加功能确保高可靠性。
机械保险丝 | 机械继电器 | IPD (半导体) | |
耐久性 | × | △ | 〇 |
静音性 | - | × | 〇 |
成本 | 〇 | 〇 | △ |
大小 | △ | × | 〇 |
设计工时 | 〇 | 〇 | △ |
表1 机械保险丝、机械继电器和 IPD 功能对比
IPD 的用途和主要应用
IPD 用途广泛,在汽车应用中尤为流行,例如:风扇、加热座椅、智能配电、PTC 加热器、起动机继电器、前窗除冰系统、制动用电动真空泵、后视镜和后窗除雾器等。IPD 可用于驱动上述不需要反向控制的低电流电机,如果有多台电机,也可以通过 2 通道和 4 通道产品系列在单个封装中驱动它们,如下图 (图2) 所示:
图2 4 通道产品的示例
英飞凌车载 IPD 的功能
高质量、故障率极低
诊断功能可反馈负载驱动状态
快速开关/转换速率而不影响 EMC
近 30 年的 IPD 销售和威廉希尔官方网站 开发经验
适用于 Tj=175°C 的 Grade 0 产品系列
1 通道和 2 通道版本产品之间的引脚兼容性
从低电流驱动到超低导通电阻的广泛产品阵容
产品范围广,包括 Grade 0
PROFET+2 系列采用英飞凌的最新威廉希尔官方网站 ,有适用于 12V 电池的 1 通道、2 通道和 4 通道版本,以及适用于 Tj=175°C 的 Grade 0 产品,如下图 (图3) 所示:
图3 英飞凌适用产品分类图
1 通道和 2 通道产品的引脚兼容性
如下图 (图4) 所示,通过将 1 通道和 2 通道产品封装在同一个小封装中,那么即使在设计过程中通道数量增加,也能实现引脚兼容的替换。
图4 1 通道和 2 通道产品的引脚兼容性
关于诊断功能
英飞凌 IPD 系列中最新的高压侧开关 PROFET 除具有保护功能外,还具有诊断功能。该诊断功能不仅能反馈负载输出端的异常情况,还能通过电流检测反馈流经负载的电流大小。下图 (图5) 为高压侧开关数据表中的参考电路,其中 IS 引脚向微控制器的interwetten与威廉的赔率体系 数字转换器 (ADC) 发送信号以提供反馈。IS 引脚端根据负载状态提供"电流"输出。图中 RSENSE 和 IS 端子的输出电流 (=Is[A]) 决定了施加到 ADC 输入端的电压。
图5 高压侧开关数据表的参考电路
①正常运行时 (无异常)
Is=IL/kILIS···IL= 流过负载的电流 [A],kILIS= 确定 Is 的常数 (因产品而异)。如果保护功能等未检测到异常,则 Is 的输出电流与负载电流 IL 成正比。
②当过热保护和过载保护被激活时
Is=IIS (FAULT)。当过热保护或过载保护检测到异常时,如果继续按原样运行可能会导致 IC 毁损,此时需要关闭输出,并输出高于情况①中的 Is=IIS (FAULT),如下图 (图5) 所示。此外在其他开载情况下,当输出接通或断开时,Is 端子会输出相应的反馈电流。
图6 过热保护和过载保护被激活时的情况
总结
本文为大家介绍了 IPD 的功能、优势和相关用途,并详细说明了英飞凌车载 IPD 的相关功能。
审核编辑:刘清
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原文标题:IPD 在车载行业中的应用及优势
文章出处:【微信号:骏龙电子,微信公众号:骏龙电子】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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