鴻翼芯智能高邊系列：先進(jìn)垂直工藝，單晶圓方案，防反接保護(hù)，27mΩ / 鉗位限流達(dá)60A / 高精度電流檢測(cè)

作者：愛(ài)集微 02-19 09:26

來(lái)源：鴻翼芯 #鴻翼芯# #高邊驅(qū)動(dòng)#

1.5w

根據(jù)中汽協(xié)發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)新能源汽車2024年產(chǎn)銷量突破1280萬(wàn)輛，新能源汽車滲透率達(dá)到40.9%，預(yù)計(jì)2025年新能源汽車滲透率有望超50%，逐步成為主流市場(chǎng)。從續(xù)航里程的提升到智能駕駛技術(shù)的突破，從電池技術(shù)的革新到充電設(shè)施的完善，新能源汽車品牌的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入白熱化，從價(jià)格為王的性價(jià)比策略到全民普惠的高性能、高品質(zhì)、高科技的駕駛體驗(yàn)，ADAS、車載中控、BMS、車身控制模塊、融合域控等應(yīng)用有望加速覆蓋更多大眾車型，將全面帶動(dòng)車規(guī)智能高邊驅(qū)動(dòng)芯片（High-side Driver）需求的蓬勃增長(zhǎng)。

鴻翼芯獨(dú)家采用意法半導(dǎo)體VIPower M-07先進(jìn)垂直工藝，推出業(yè)界領(lǐng)先的單晶圓集成方案（非合封多die晶圓解決方案），車規(guī)級(jí)27mΩ智能高邊驅(qū)動(dòng)芯片HEHSS027D，實(shí)現(xiàn)完全Pin to Pin對(duì)標(biāo)德國(guó)供應(yīng)商主流高邊驅(qū)動(dòng)芯片，且滿足同樣的軟件策略（僅調(diào)整部分閾值）。

?垂直工藝器件結(jié)構(gòu)原理圖（資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

VIPower（Vertical Intelligent POWER）以其獨(dú)特的垂直功率結(jié)構(gòu)（Vertical DMOS），垂直導(dǎo)電通道設(shè)計(jì)，顯著降低導(dǎo)通電阻（RDS(on)），提升功率密度和效率，大幅提升芯片耐高壓和大電流導(dǎo)通能力。

HEHSS027D 內(nèi)部集成了Power MOS+驅(qū)動(dòng)電路+保護(hù)與診斷功能，通過(guò)在Power MOS內(nèi)部嵌入溫度和電流傳感器，可以更準(zhǔn)確的監(jiān)控芯片的溫度和與溫度，實(shí)現(xiàn)精確的限流、過(guò)溫和過(guò)流保護(hù)，VIPower工藝大幅提升了芯片的電流采樣系數(shù)K值的穩(wěn)定性。

?VIPower方案與傳統(tǒng)合封方案對(duì)比

HEHSS027D 實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)先的單晶圓集成方案，通過(guò)P burried layer隔離，將平面工藝和垂直工藝集成在同一個(gè)die上，區(qū)別于傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)高邊芯片的多die分離集成，可大幅減少寄生電容、電阻影響，提高芯片集成度和可靠性，提高晶圓、封測(cè)質(zhì)量管控的可控性，同時(shí)在抗信號(hào)干擾（高速信號(hào)、電源噪聲、EMC等）能力上更優(yōu)。

?HEHSS027D 核心功能參數(shù)對(duì)比

01 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

高邊開(kāi)關(guān)也叫高邊驅(qū)動(dòng)（HSD），位于電源和負(fù)載之間，主要作用是調(diào)整功率、驅(qū)動(dòng)負(fù)載。其優(yōu)勢(shì)在于斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載兩端均處于低電位，降低了意外短路的可能性，同時(shí)高邊驅(qū)動(dòng)可直接在負(fù)載路徑中檢測(cè)，電流檢測(cè)精度更高，但也因此對(duì)芯片導(dǎo)通電阻、可靠性、高控制精度等各方面都有著更高要求。一般而言，Rds(on)越小，導(dǎo)通損耗也會(huì)越小、效率越高，工作溫升則越低，意味著能夠提升整車的續(xù)航水平。

?HEHSS027D內(nèi)部框圖結(jié)構(gòu)

鴻翼芯HEHSS027D 雙通道智能高邊針對(duì)車身應(yīng)用中阻性、感性及鹵素?zé)糌?fù)載等應(yīng)用場(chǎng)景, 涵蓋了車內(nèi)飾燈、頭尾燈、座椅和方向盤(pán)及后視鏡加熱、電磁閥、門(mén)鎖、電機(jī)等多種應(yīng)用場(chǎng)景。具備全面的保護(hù)和診斷功能, 包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、感性負(fù)載關(guān)斷鉗位保護(hù)、電池反接和欠壓保護(hù)、高精度電流檢測(cè)、過(guò)溫過(guò)流診斷以及輸出開(kāi)路和輸出對(duì)電池短路診斷等。

02 產(chǎn)品亮點(diǎn)

a）集成電源防反接保護(hù)

HEHSS027D 集成了電源防反接保護(hù), 無(wú)需外圍增加防反二極管的額外電路成本。在防反電路中，電路內(nèi)置了NMOS實(shí)現(xiàn)單向?qū)üδ?，?dāng)電源正常接通時(shí)，其漏極與源極之間形成導(dǎo)電通道，電路正常工作；而當(dāng)電源反接時(shí)，NMOS則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，從而起到保護(hù)作用。

?電源16V供電，反接于VCC-Module_GND（VCC=0V，Module_GND=16V）,觀察基于IC_GND的波形，包括VCC,VOUT0,VOUT1,Module_GND

b）鉗位電壓Vclamp與反向鉗位電壓Vdemag保護(hù)

鴻翼芯智能高邊開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)Vclamp與Vdemage 鉗位保護(hù)電路，將VDS電壓限制在安全范圍內(nèi)，保護(hù)功率 MOS 管免受異常電壓的損害。

在感性負(fù)載（如電機(jī)、電磁閥等）關(guān)閉時(shí)，由于電感的儲(chǔ)能特性，電流無(wú)法瞬間中斷，會(huì)產(chǎn)生振蕩電流，振蕩電流會(huì)拉低OUT端電壓。為保護(hù)芯片免于損壞，需要Vdemag（VCC-OUT Clamp）反向鉗位保護(hù)，防止OUT端電壓被拉的過(guò)低；同時(shí)，為防止VCC端電壓在特殊情況下沖高，超過(guò)耐壓極限，還需要正向鉗位保護(hù)Vclamp（typical 46V），電壓鉗位功能將電壓限制在某一值，實(shí)現(xiàn)電感能量正常耗散而不損壞器件。

?VCC=13V正常帶載1.4mH+3Ω，VIN從5V to 0V時(shí)波形

c）可靠的短路限流保護(hù)

HEHSS027D 提供了限流保護(hù)的快速響應(yīng)環(huán)路, 當(dāng)有較大的短路過(guò)沖電流出現(xiàn)時(shí), 該環(huán)路具有更快的響應(yīng)速度, 能夠快速關(guān)斷高邊開(kāi)關(guān)的輸出, 從而有效抑制短路時(shí)的過(guò)沖電流, 保證系統(tǒng)長(zhǎng)期安全的運(yùn)行。

?在VIN=0V to 5V前將OUT0短接到GND，觀察OUT電流

d）等比例電流反射鏡檢測(cè)

負(fù)載電流采用高精度比例電流反射鏡檢驗(yàn)，電流檢測(cè)電路I_SENSE輸出的電流可以通過(guò)使用外部檢測(cè)電阻R_SENSE輕松轉(zhuǎn)換為電壓V_SENSE，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的負(fù)載監(jiān)控和異常狀態(tài)檢測(cè)。

?Current Sense 原理

當(dāng)設(shè)備在正常條件下運(yùn)行（無(wú)故障干預(yù)）時(shí)，V_SENSE計(jì)算可以使用簡(jiǎn)單的方程來(lái)完成：

* CS輸出提供電流：I_SENSE = I_OUT / K

* RSENSE上的電壓：V_SENSE = R_SENSE · I_SENSE = R_SENSE · I_OUT / K

* K值表示：I_OUT / I_SENSE，實(shí)際輸出電流 / 檢測(cè)電流的系數(shù)，用來(lái)通過(guò)檢測(cè)電流計(jì)算輸出電流（間接電流檢測(cè)）

e）CS引腳報(bào)錯(cuò)策略

在汽車應(yīng)用中，通常會(huì)使用 MCU 和智能高邊開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，HEHSS027D 通過(guò)高邊開(kāi)關(guān)的故障狀態(tài)CS 引腳的輸出電壓，來(lái)判斷輸出負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。SEn引腳的高電平信號(hào)輸入，可控制CS引腳診斷狀態(tài)啟動(dòng)；通過(guò)SEL0引腳來(lái)選擇檢測(cè)對(duì)應(yīng)通道。

?CS從沒(méi)有輸出到輸出故障電壓再到反饋正常電流值

在發(fā)生過(guò)載或在off-state狀態(tài)下（off-state下可進(jìn)行short-to-VCC和 open load診斷），故障報(bào)錯(cuò)由CS引腳反饋，此時(shí)，將CS引腳的電壓拉高至“故障”電壓源VSENSEH。SEL0引腳可根據(jù)每種工作模式定義的多路復(fù)用器地址碼（multiplexer addressing）的特定配置，定位通道故障狀態(tài)及觸發(fā)保護(hù)功能。