作者：安森美應用工程師Kevin Toth

上橋 SmartFET 因其易于使用和高水平的保護而越來越受歡迎。與標準 MOSFET 一樣，SmartFET 非常適合各種汽車應用。它們的區別在于內置在上橋 SmartFET 器件中的控制電路。控制電路持續監控輸出電流和器件溫度，同時針對電壓瞬變和其他意外應用條件提供被動保護。這種主動和被動保護功能的結合確保了穩定可靠的應用方案，延長了器件本身及其所保護的應用負載的使用壽命。

安森美(onsemi)現在提供從 45 mΩ到 160 mΩ的上橋 SmartFET系列 。這些器件是受保護的單通道上橋驅動器，可切換各種負載，如燈泡、螺線管和其他執行器。如表 1 所示，器件名稱表示 SmartFET 在 25°C 時的典型 RDSon。下面列出了完整的產品系列：

表1：安森美完整的上橋SmartFET系列

安森美的該系列器件采用SO8封裝，小占位，同時提供高功率。45 mΩ至140 mΩ器件的系列引腳布局為設計人員提供了便利，允許一個引腳布局用于各種應用負載。根據特定應用所需的電流水平，只需將一個器件切換到另一個。這些器件驅動12 V汽車接地負載，并提供保護和診斷功能。該系列器件集成了先進的保護功能，如主動浪涌電流管理、帶自動重啟的過溫關斷和主動過壓鉗位。一個專用的電流檢測引腳對輸出進行精確的模擬電流監測，并對電池短路、接地短路以及ON和OFF狀態的開路負載檢測進行故障指示。所有診斷和電流檢測功能都由一個主動大電流檢測禁用引腳（僅NCV84160）或一個主動大電流檢測使能引腳（該系列的所有其他器件）來禁用或啟用。

對上橋 SmartFET 的“最終要求”是切換負載，市場上為此提供了不同的替代方案。例如，繼電器已在行業中使用了很長時間，用于切換各種汽車負載，尤其是那些需要大電流激活的負載。隨著汽車零部件和組件的重量和尺寸不斷減小，已從繼電器過渡到半導體開關，占位更小，抗噪能力更強，電磁干擾更低。

上橋SmartFET 已成為汽車市場的主流 SmartFET 配置，取代了通常更簡單的下橋SmartFET。圖 1 所示是上橋與下橋 SmartFET 配置的示例。上橋 SmartFET 的負載始終接地，通過切換連接到電源，而下橋 SmartFET 的負載始終連接到電源，通過切換接地。SmartFET 通常安裝在控制單元或 ECU 內。負載線是連接負載和 ECU 上針式連接器的電纜長度。根據負載類型及其在車輛中的位置，該負載線可能很長，從而增加了底盤接地短路的可能性，這可能對下橋SmartFET 配置中的負載造成嚴重壓力。

圖1：應用中的上橋開關對比下橋開關

下面的圖 2 顯示了安森美的 NCV84xxx 上橋SmartFET系列的頂層框圖和引腳布局。請注意，上橋 SmartFET 實際上是個 NMOS FET，由一個穩壓電荷泵，將柵極電壓拉高到足以驅動負載的水平。

輸入 (IN) 引腳是個邏輯電平引腳，用于打開和關斷控制邏輯/電荷泵以使 FET工作。電流檢測使能 (CS_EN) 引腳啟用和禁用電流檢測功能。電流檢測 (CS) 引腳將一定比例的負載電流檢測反饋到微控制器以實時反饋。該引腳是多路復用的；它報告很容易與正常工作區分開來的模擬故障事件，從而使用戶能實時檢測輸出電流或故障情況。電壓 (VD) 引腳直接連接到電池或電源，OUT 引腳連接到負載。最后，接地 (GND) 引腳只是器件的 GND。

圖 2：NCV84xxx 的框圖和引腳布局

NCV84xxx SmartFET 系列器件提供以下保護功能：

過壓保護保護整個器件，在電壓>41V時，箝制VD-GND。

欠壓保護，在電池電壓低的情況下，關斷器件并等待電池電壓升高到足以使穩壓電荷泵工作以正常運行 FET。

限電流（參見下面的圖 3）在發生短路或浪涌事件時限制電流以防止損壞。電流將一直受到限制，直到器件的內部芯片溫度超過過溫點，并且會自行關斷以提供保護，直到它充分冷卻為止。此功能非常適合驅動需要高初始浪涌電流的燈泡負載，并且還限制了高功率和溫度波動對芯片的應力量。

具有自動重啟功能的過溫和電源保護防止器件因高功耗和過高的環境溫度升高而過熱。如果激活過溫保護，器件將自行關斷，直到它充分冷卻并自動重試，假設輸入為“高”。

關機狀態開路負載檢測在輸入“高”之前提醒微控制器，與負載的連接已在關機狀態下丟失。

電感式負載開關的輸出鉗位，在電感放電期間，輸出鉗位將安全地導通 FET 以處理電感放電電流。

圖 3：在接地短路/過載期間 TJ 如何發展