隨著汽車行業(yè)電子電氣架構(gòu)的升級, 電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化進程加速, 車載電子系統(tǒng)對在線OTA升級和在線故障診斷提出了更高的需求, 因此車載中控、ADAS、BMS、車身控制模塊、域控制器等應(yīng)用對高邊智能開關(guān)芯片的需求也在日益增長。

瓴芯推出業(yè)界領(lǐng)先的車規(guī)級單通道, 100mΩ智能高邊開關(guān)LNS37100Q1, 是繼四通道1000mΩ/160mΩ智能高邊開關(guān)量產(chǎn)后的第三顆高邊開關(guān)芯片?？蓮V泛用于驅(qū)動攝像頭, 儀表, LED燈, 繼電器, 電磁閥, 電阻加熱絲等負載元件。

01產(chǎn)品簡介

LNS37100Q1的導(dǎo)通電阻為100mΩ, 持續(xù)工作電流可支持4A, 具有高精度的電流檢測功能, 支持多種故障狀態(tài)診斷報錯與保護; LNS37100Q1可以通過外部電阻靈活的配置輸出限流值, 可以實現(xiàn)過流和短路保護; LNS37100Q1還具備失地保護和失電保護功能, 可以極大地提高整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。

LNS37100Q1系列分為A、B兩個子版本。LNS37100AQ1AJR具有故障開漏狀態(tài)輸出功能, 當發(fā)生負載過流、負載短路到地、負載開路、過溫等故障時, 高邊開關(guān)能夠迅速輸出報錯信號供控制器監(jiān)控; LNS37100BQ1AJR具有精確的電流檢測功能, 便于控制器實時獲取負載的工作情況。

LNS37100Q1具有以下特點:

通過AEC-Q100 Grade 1驗證

單通道100mΩ智能高邊開關(guān)

額定工作電流4A

電流檢測零電流自校準功能

CS報錯電壓自適應(yīng)箝位功能

可編程門限值限流保護

輸出短路保護

失地保護和失電保護

感性負載關(guān)斷時的負電壓箝位保護

過溫保護

負載開路和負載短電源診斷

輸出過載和短路診斷

-40~ 150℃的工作結(jié)溫

TSSOP-EP14 (4.4mm x 5.0mm)

02產(chǎn)品亮點

A) 限流保護策略和優(yōu)勢

LNS37100Q1具有內(nèi)部限流模式和外部限流模式兩種模式, 外部限流模式支持外部電阻從 0.5A到 8A 線性配置輸出限流值。在內(nèi)部限流模式下, 當 CL 引腳開路或者短路到GND時, 輸出限流值為 5A。

傳統(tǒng)的高邊開關(guān)會在 CL 引腳電阻開路 (虛焊) 時, 將輸出負載的電流限制到 0A, 影響負載的正常工作。LNS37100Q1會將CL引腳電阻開路時的限流值設(shè)定為 5A, 從功能安全角度而言, 這種機制可以將系統(tǒng)的單點失效轉(zhuǎn)化為潛伏失效, 對系統(tǒng)功能安全級別的提升有很大的幫助。

上圖對比了 CL腳開路時傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)與LNS37100Q1的表現(xiàn), 傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)負載無法輸出電流, LNS37100Q1可以正常輸出4A負載電流。

當LNS37100Q1輸出持續(xù)短路引起系統(tǒng)過溫保護時, LNS37100Q1會對輸出限流值進行降額。當芯片進入絕對過溫保護狀態(tài)時, 會將限流保護值自動降低到設(shè)定值的50%, 從而降低芯片和外部線纜的熱應(yīng)力, 提高系統(tǒng)的可靠性。下圖可以很好地展示LNS37100Q1從輸出短路進入過溫保護狀態(tài)時限流點的調(diào)整過程。

B) 硬短路限流策略和優(yōu)勢

硬短路 (Hard Short) 是智能高邊開關(guān)中的常見故障現(xiàn)象。當應(yīng)對此類故障時, 限流功能雖然最終能夠?qū)崿F(xiàn)對短路電流的箝制, 但由于限流回路需要一定的時間響應(yīng), 因此在短路瞬間會出現(xiàn)高達幾十安培的過沖電流, 給系統(tǒng)的安全運行帶來極大的威脅。

針對硬短路故障, LNS37100Q1提供了限流保護的快速響應(yīng)環(huán)路, 當有較大的短路過沖電流出現(xiàn)時, 該環(huán)路具有更快的響應(yīng)速度, 能夠快速關(guān)斷高邊開關(guān)的輸出, 從而有效抑制短路時的過沖電流, 保證系統(tǒng)長期安全的運行。

上圖對比了傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)和LNS37100Q1硬短路瞬間的沖擊電流。傳統(tǒng)智能高邊開關(guān)在短路瞬間的過沖電流高達40.6A, 得益于快速限流環(huán)路, LNS37100Q1在短路瞬間過沖電流僅為27.3A。

C) 電流檢測策略和優(yōu)勢

LNS37100BQ1AJR具備電流檢測零電流自校準技術(shù), 可以將25mA負載下的電流檢測精度提升到±10%。

LNS37100BQ1AJR會在如下2種工況下進行零電流自校準:

待機狀態(tài)下, 從DIAG_EN OFF轉(zhuǎn)換為DIAG_EN ON時;

正常工作狀態(tài)下, 檢測到DIAG_EN上升沿時;

在VS不斷電的情況下, 可以通過控制DIAG_EN引腳電平觸發(fā)零電流自校準功能, 以消除電流檢測電路內(nèi)部運放輸入失調(diào)電壓漂移對檢測精度的影響, 實現(xiàn)對輸出電流的精準檢測。

基于零電流自校準帶來的高精度電流采樣優(yōu)勢, LNS37100Q1可以在 MOSFET 導(dǎo)通時實現(xiàn)負載的開路檢測, 并且可以省掉檢測負載開路所需的外部電阻, 節(jié)省系統(tǒng)待機功耗。

對于LNS37100AQ1AJR, 若負載電流小于12mA, LNS37100AQ1AJR會認為當前負載處于開路狀態(tài), ST管腳輸出低電平報錯。對于LNS37100BQ1AJR而言, 用戶可通過采樣 CS 管腳的電壓, 來判斷負載是否處于開路狀態(tài)。

D) CS引腳報錯策略和優(yōu)勢

在汽車應(yīng)用中, 通常會使用 MCU 和智能高邊開關(guān)進行實時交互, 通過高邊開關(guān)的故障 (ST) 輸出引腳, 電流采樣 (CS) 輸出引腳的輸出電壓, 來判斷輸出負載的運行狀態(tài), 同時實現(xiàn)對智能高邊開關(guān)的控制。

傳統(tǒng)的高邊開關(guān)會存在當MCU3.3V供電時CS引腳輸出報錯電壓為5V的情況, 此時需要額外的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)/箝位電路將CS引腳的報錯電壓限制到適配MCU I/O口的電壓范圍。LNS37100BQ1AJR集成了 CS引腳報錯箝位電壓 (VCS,H) 自適應(yīng)技術(shù), 通過DIAG_EN引腳電壓可以得到MCU的供電電壓后, 調(diào)節(jié)VCS,H使其不超過MCU I/O口的電壓范圍, 自動實現(xiàn)智能高邊開關(guān)與MCU之間的電壓匹配。

該技術(shù)可有效避免CS引腳報錯電壓和MCU I/O口電壓不匹配所引起的交互異常問題, 簡化用戶設(shè)計。

E) 反向電流保護策略

當輸出短接至電池故障 (VOUT>VS) 發(fā)生時, 智能高邊開關(guān)會存在從VOUT引腳流至VS引腳的反向電流 (Inverse Current) 。若智能高邊開關(guān)的功率MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài), 反向電流會全部由MOSFET的體二極管流過, 過大的體二極管功率損耗會引起MOSFET溫度急劇上升, 甚至引起MOSFET的損壞。

為了避免反向電流流過體二極管時功率損耗帶來的影響, LNS37100Q1可以實現(xiàn)Inverse On的功能, 當用戶檢測到輸出短接至電池故障時通過軟件使能IN來控制MOSFET導(dǎo)通, 使反向電流流過MOSFET的溝道, 大幅減小高邊開關(guān)的損耗。

F) 完善的系統(tǒng)應(yīng)用驗證

LNS37100Q1會通過完善的測試來保證在實際車載應(yīng)用中的安全性和可靠性, 包括:

車規(guī)可靠性測試報告, AEC-Q100 (CNAS實驗室認證)

瓴芯可靠性加嚴測試, AEC-Q100 Grade 1加嚴×2測試, 滿載HTOL測試

開關(guān)器件短路測試報告, AEC-Q100-012

系統(tǒng)EMC測試報告, CISPR 25-2016 Class 5

電源瞬態(tài)抗干擾測試報告, ISO 7637/ISO 16750

03應(yīng)用場景

LNS37100Q1是一款單通道, 4V至36V的寬輸入電壓范圍, 帶完整診斷和保護功能的智能高邊開關(guān)。該芯片可以廣泛應(yīng)用對于安全等級要求較高的車載系統(tǒng)應(yīng)用中, 如：

車載中控和ADAS應(yīng)用

BMS應(yīng)用

車身控制模塊

域控制器

通用的阻性，感性和容性負載

審核編輯：湯梓紅