干货分享 | 如何节省空间、减少器件数量并提高汽车动力总成中电磁阀和致动器应用的可靠性

在车辆的整个使用寿命中，安全可靠地驱动电磁阀和制动器至关重要。在诸如发动机控制、变速箱控制和制动系统等应用中，可能需要运行几十亿次循环。

通常，在驱动电磁阀和制动器时，工程师有四种拓扑可以选择。最合适的拓扑取决于特定的应用需求，包括性能、效率、器件数量、可用的 PCB 空间。

△ 电磁阀电流波形

所有拓扑都使用“峰值和保持”概念，即首先使用较高（峰值）电流来激活机械电磁阀，然后降低电流（保持）以保持机械运动。第一个选项是升压拓扑，将电池电压升至 60 V。尽管这种拓扑结构最节能，但是需要的器件数量最多，并且在 DC-DC 转换电路内部还需要保护二极管和其他 MOSFET。

续流二极管拓扑需要的器件较少。这种拓扑结构控制电磁阀电流的方式与升压设计相同，但控制电压为 14V。在关断时，通过续流二极管进行能量耗散。因此，二极管的固有效率将决定整个系统的效率。

第三种方法采用有源钳位的形式控制感性负载。它使用的器件数量与续流二极管设计类似。但是在这种设计中，在关断时齐纳二极管将开启低端 MOSFET，并且能量将通过 MOSFET 耗散。在这种特殊的设计中，需要仔细考虑低边 MOSFET 的安全工作区域(SOA)，以确保重新开启器件时不会损坏该组件。

最后的选项是重复雪崩设计，该设计利用低边 MOSFET 在雪崩条件下重复工作的能力。当超过 MOSFET 的 BDVSS 时，就会发生雪崩，并迫使 MOSFET 进入雪崩击穿状态。在采用重复雪崩关断电路时，电感负载中的能量通过低端MOSFET耗散。这种方法简化了设计，因为它所需的器件比其他三种方案都少。此外，在所有四种拓扑中，它的关闭时间最短（按照速度排序：重复雪崩、升压、有源钳位和续流）。这一特性非常重要，因为更短的关断时间不仅能够改善电磁阀和制动器等器件的精确控制，还能延长这些机电设备的使用寿命。

△ 驱动电磁阀和制动器的拓扑结构

直到最近，工程师才能自由地选择使用重复雪崩的拓扑，因为可供选择的 MOSFET，过去仅限于基于较旧平面半导体技术的器件，而不是性能和效率更高的沟槽结构。Nexperia（安世半导体）针对这一挑战推出了最新的汽车级 MOSFET。
Nexperia（安世半导体）推出首款基于高性能沟槽芯片结构的双路 MOSFET。其重复雪崩性能得到十亿次雪崩事件测试的保证。除了重复雪崩方案固有的空间和 BoM（材料清单）优势外，将两个芯片集成到紧凑的封装中还有助于进一步减少电路板面积，并提高系统可靠性。

△ 应用；适合重复雪崩MOSFET

新的 MOSFET 完全符合 AEC-Q101 汽车标准 175℃ 认证，提供 40 V 和 60 V 选项，典型 RDS(ON) 额定值为 12.5mΩ 至 55mΩ。所有器件均采用公司节省空间的 LFPAK56 (Power-SO8) 铜夹片封装技术。该封装坚固、耐用而且可靠；配备鸥翼引脚，改进了可制造性，包括兼容自动光学检查 (AOI)。

来源：安世半导体