車用MOSFET如何提高能量利用效率與質(zhì)量可靠性(2)

　　突出顯示的元件組成一個(gè)特性板，可以將其中的功能集成到MOSFET中。這些元件從右上角開始按順時(shí)針?lè)较驗(yàn)椋簻囟雀袘?yīng)二極管、電流傳感器、鉗位二極管（內(nèi)部二極管，未顯示）和門電阻器。通過(guò)加入鉗位二極管和門電阻器眾所周知的保護(hù)特性，可以保護(hù)對(duì)電壓敏感的柵氧化層免受危險(xiǎn)電場(chǎng)的破壞。

　　為在過(guò)高的溫度環(huán)境下保護(hù)器件，飛利浦在芯片表面集成了溫度感應(yīng)二極管。這樣集成的理由是：只有直接測(cè)量結(jié)溫方可確保及時(shí)檢測(cè)到會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的高的門電路溫度。為準(zhǔn)確測(cè)量電流，可以將電流傳感器集成到場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）中。這樣，就不再需要低阻抗分流電阻器了。

　　溫度感應(yīng)

　　直接測(cè)量芯片溫度的常規(guī)解決方案是增加一個(gè)比較器和若干無(wú)源元件。但是，隨著設(shè)計(jì)的日益完善，出現(xiàn)了更好的解決方案。TrenchPLUS使用微控制器取代了比較器和無(wú)源元件。

　　由于準(zhǔn)確度對(duì)MOSFET的溫度測(cè)量至關(guān)重要，所以，我們就從該角度來(lái)說(shuō)明此解決方案。理論上，溫度傳感器的準(zhǔn)確度取決于以下三個(gè)因素：

　　正向電壓Vf的誤差；

　　溫度系數(shù)值Sf的誤差；

　　基準(zhǔn)電壓Vfref的選擇。

　　圖2更清楚地顯示了這三個(gè)因素的影響。

　　圖2：Ttrip隨著Vf、Sf的變化而變化

　　從圖中可以觀察到Vf的內(nèi)在變化給Ttrip增加了固定的偏移量。Sf的變化通過(guò)斜率的變化來(lái)表示。

　　溫度系數(shù)太小可能導(dǎo)致器件在溫度超過(guò)其最高工作溫度時(shí)仍在工作，從而損害器件的壽命。反之，溫度系數(shù)太高將導(dǎo)致在溫度低于Ttrip時(shí)出現(xiàn)討厭的錯(cuò)誤關(guān)斷。這兩個(gè)因素都對(duì)采取的保護(hù)策略有影響。

　　為了計(jì)算總誤差，應(yīng)該將Vf和Sf的誤差求和。請(qǐng)注意，如果測(cè)量Vf.的室溫值，則器件的準(zhǔn)確度將會(huì)翻一倍。可以通過(guò)調(diào)整Vfref來(lái)消除Vf的誤差，從而只剩下與斜率相關(guān)的誤差。可以用于實(shí)現(xiàn)此目的的最精確的技術(shù)就是獲得每個(gè)器件的特性，但這對(duì)大多數(shù)產(chǎn)品線來(lái)說(shuō)都不現(xiàn)實(shí)。

　　電流感應(yīng)

　　無(wú)需使用低于1歐姆的精密功率電阻測(cè)量MOSFET內(nèi)部電流的現(xiàn)實(shí)方法就是電流感應(yīng)。即使低于1歐姆的分流電阻器也會(huì)產(chǎn)生大量的熱損耗，影響到能量效率和整個(gè)系統(tǒng)的熱平衡。

　　在電流感應(yīng)中，將MOSFET單元的一小部分用于電流測(cè)量。由于器件中的所有單元都完全相同并且漏電流在這些單元之間平均分配，因此，可以通過(guò)測(cè)量一小部分單元的電流，再乘以已知的比例系數(shù)來(lái)計(jì)算總的漏電流。

　　飛利浦的7腳D2PAK用于將溫度感應(yīng)元件和電流感應(yīng)元件連接起來(lái)。從主FET器件流向感應(yīng)FET器件的電流比例稱為“感應(yīng)比例”（用n表示）。通過(guò)將測(cè)量終端和源終端保持在相同電壓來(lái)定義此參數(shù)。例如，在飛利浦的TrenchPLUS器件中，此比例標(biāo)稱值為550?？梢愿拇吮壤苑峡蛻舻木唧w要求。為了獲得最高的準(zhǔn)確度，包括有些設(shè)計(jì)人員在內(nèi)，都會(huì)采用虛擬接地法而不是感應(yīng)電阻法。但是，對(duì)于汽車應(yīng)用而言，感應(yīng)電阻法提供的解決方案成本更低，因此更適合汽車應(yīng)用的要求。

　　感應(yīng)電阻法

　　如上所述，可以在感應(yīng)輸出和開爾文源之間連接感應(yīng)電阻器Rs，以便精確地測(cè)量電流。此方法提供簡(jiǎn)單的電流到電壓的轉(zhuǎn)換，而且該轉(zhuǎn)換值可直接由微控制器的模數(shù)輸入讀取。