淺析MOSFET和電動汽車的12V配電架構(gòu)

虎子給了我一些交流的總結(jié)材料，寫的挺好的。我摘錄出來，和大家一起分享下?？偟谋尘埃窃谡麄€智能化配電單元上，繼電器被MOSFET所取代。12V的配電架構(gòu)，特別是電動汽車，由于整個系統(tǒng)的變化，都開始轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的配電架構(gòu)都因繼電器與保險(xiǎn)絲而受到局限:

如下圖所示：

很大一部分配電用的熔絲+繼電器的設(shè)計(jì)，被MOSFET管理電路所取代

這個發(fā)展的路徑，是越來越快了。隨著MOSFET的發(fā)展很快，現(xiàn)在只要單一芯片，就能夠取代諸如繼電器、保險(xiǎn)絲、繼電器驅(qū)動器等眾多組件，從芯片的角度來看，MOSFET開關(guān)極為耐用，不怕灰塵、沖擊和震動，因此配置與組裝組件時(shí)具有更多彈性。 主要的優(yōu)點(diǎn)是：

1）過載時(shí)的行為差異，保險(xiǎn)絲損壞而需要更換時(shí)，應(yīng)用將無法運(yùn)作。 基于MOSFET的開關(guān)可以通過軟件，能夠重置并重新啟動；

2）在承受短路的層面，由于是個閉環(huán)的系統(tǒng)，能夠承受的短路周期比較多

3）繼電器會產(chǎn)生些許噪音，MOSFET在狀態(tài)切換時(shí)噪音幾近于無

備注：這里最為核心的還是有關(guān)于線束短路的保護(hù)，對于電動汽車而言，除了電池以外就是電氣短路問題最多，通過線束的模型，可以認(rèn)真而細(xì)致的設(shè)定整個短路的狀態(tài)，根據(jù)電流早期判別電氣短路（特別是間歇性的）

線束的短路計(jì)算分析

如上圖所示，傳統(tǒng)的熔絲設(shè)計(jì)，其實(shí)也做到了一定的程度，再往下就比較難了。通過這個配電盒的設(shè)計(jì)，主要對于線束設(shè)計(jì)可以解放不少的工作量

備注：從控制角度來看，差異主要在控制部分，之前很大一部分是按照HSD的封裝形式來做

以下是虎子寫的了，我做一些摘錄和引用，并且把HSD的部分摘出來

第一部分 從HSD開關(guān)設(shè)計(jì)考慮來說

◆負(fù)載的正常電流多大？

◆最大電流多大？

◆負(fù)載的工作環(huán)境溫度是多少？極限溫度試多少？

◆負(fù)載是否是容性？容性的話，沖擊電流是多少？

◆負(fù)載是否為感性？感性的話，關(guān)斷時(shí)的能量？

◆負(fù)載的控制方式？ON/OFF方式（沒有續(xù)流，注意過壓保護(hù)，需要對GD,GS保護(hù)背靠背的穩(wěn)壓管），PWM方式（有續(xù)流，沒有對GD,GS的過壓保護(hù)）注：ON/OFF方式和PWM方式參考SMTC 2800 017電路端口設(shè)計(jì)目的

◆系統(tǒng)如果是地線開路的話，對負(fù)載有何影響？

◆散熱方式，根據(jù)參數(shù)計(jì)算是否需要加散熱片？（PCB上的通孔方式銅箔的面積大?。?/p>

◆負(fù)載是否需要診斷：如需要，有哪些診斷？過流，過壓，過溫還是短路。

◆負(fù)載是否有以下應(yīng)用：電池反接，負(fù)載突降，過壓，過流等

◆負(fù)載突降（Load dump）：如果負(fù)載的突降超過VCC的最大額定值時(shí)，Did瞬態(tài)抑制二極管必須要加的。

第二部分 HSD和LSD的區(qū)別：

◆導(dǎo)通電阻：NMOS的導(dǎo)通電阻比PMOS在同樣條件下要小（電子導(dǎo)通速度比空穴快，因而影響到導(dǎo)通電阻），為了追求低的導(dǎo)通電阻，在某些HSD的驅(qū)動應(yīng)用，用充電泵加上NMOS來完成PMOS作為HSD的應(yīng)用，代價(jià)是價(jià)格高，驅(qū)動比較復(fù)雜。

◆采樣電路：對于HSD的保護(hù)，需要對電流的采樣，需要差分的配置才能實(shí)現(xiàn)電流的采樣；而對于LSD，采用單端配置就可以。由于差分電路成本高于采用單端的成本，所以從這個意義上說，LSD比HSD具備成本優(yōu)勢。

◆線制的要求：汽車中的大部分負(fù)載多為負(fù)極搭鐵，采用HSD給負(fù)載供電的好處是負(fù)載的一端直接接在底盤地上，另外一端則只需要一根線給負(fù)載供電，這就節(jié)省了系統(tǒng)的成本。

◆失效對系統(tǒng)的影響：這是根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇哪種負(fù)載失效。在飛機(jī)失效類型中，如果負(fù)載失效，最安全的方式是讓負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行下去；而對于汽車的負(fù)載應(yīng)用，則正好相反。

HSD驅(qū)動配置優(yōu)缺點(diǎn)：

◇系統(tǒng)中是1 Wires

◇短路到地不會損壞負(fù)載

◇load corrosion unlikely （連接到地）

◇簡單的地連接更健壯（單線）

◇內(nèi)部電路（設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，成本高）；外部接線（單線，簡單線成本降低）

例如：在ECM控制中，控制油泵的開關(guān)就是HSD，這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，當(dāng)驅(qū)動模塊失效時(shí)，是關(guān)掉油泵的，這種設(shè)計(jì)對于當(dāng)發(fā)生車禍或系統(tǒng)失效時(shí)是非常有利的。

如圖電路所示：

控制油泵對電源端通過HSD開關(guān)控制，當(dāng)汽車遇到危險(xiǎn)狀況時(shí)，通過控制模塊直接把電源切斷，避免油箱漏油某一點(diǎn)與負(fù)載的另外一端短路造成危害（低邊控制的話，等效油泵控制的回路只是對地開關(guān)，油泵負(fù)載另外一端接常電）；所以說LSD控制更容易遭受短路危害，LSD短路將導(dǎo)致負(fù)載永久性的處于導(dǎo)通，HSD短路只是對開關(guān)造成應(yīng)力，相比電池電壓，接地更容易遭受短路危害，所以HSD開關(guān)比LSD開關(guān)更安全。

HSD:HSD_OUT對地短路只是對開關(guān)（MOS管）造成應(yīng)力，可以理解為對電源的一個保險(xiǎn)

LSD：LSD_OUT對地短路的話將會對負(fù)載永久性的導(dǎo)通狀態(tài)，所以對于油泵控制（汽車遇到危險(xiǎn)狀況時(shí)）非常危險(xiǎn)的。

小結(jié)：開個頭，從汽車電子的角度來看，也是配合著車輛的智能化開始發(fā)展和創(chuàng)新的，就是國內(nèi)做個模塊或者部件很難賺到錢。