ST紧凑灵活的功率开关提高汽车安全性能

作者：意法半导体专家Giulia Nicotra, Giusy Gambino, Francesco Macina及Salvatore Abbisso



随着汽车电子设备日益复杂，车企对体积紧凑、高能效、可靠的解决方案的需求不断增长，多输出功率开关在集成度、成本效益、故障诊断和能效方面优势愈发明显。现代汽车工业越来越依赖众多的低功率电子模块，例如，传感器、LED和继电器。这些组件虽然单个功耗较低，但考虑总体功耗，仍需要高效、可靠且安全的电源管理解决方案。专为低功率负载设计的多输出功率开关是解决这些难题的关键元器件，它在优化安全性和物料清单成本（BOM）方面具有显著优势。L9026已被证实是非常有效的低功率负载控制器件，其可配置性、稳健性和安全性非常出色，适合汽车等应用领域。

汽车系统的变化堪称翻天覆地，集成了大量的低电流设备，例如，LED转向灯、传感器、继电器和小型执行器。过去，这些低功率负载是由分立功率开关或继电器驱动控制，导致布线复杂度增加，成本上升，可靠性降低。多输出功率开关，通过将多个通道集成于专为低功率负载应用设计的单个器件中，能够有效地解决这些挑战。多输出开关的典型用途有车身控制模块（BCM）、仪表盘、信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统（ADAS）、传感器控制器、网关模块。为了优化功耗，这些应用对待机和休眠模式的功耗提出了严格的要求。



如何正确选择功率开关

紧凑型功率开关可以优化车辆内部空间利用率，使制造商能够在不增加体积或重量的情况下增加更多的功能。随着车辆设计与功能日益复杂多样，其重要性愈发凸显。

可靠性在汽车应用中依然至关重要。车辆关键功能的连续不间断运行，在维护车辆行驶安全、防止可能危及乘员安全或车辆运行的系统故障发生方面，发挥至关重要的作用。随着电动汽车和混合动力汽车的日益普及，能效变得比以往任何时候都更加重要。高能效的功率开关可以最大限度地减少能量损耗，从而延长车辆续航里程，并降低总功耗，这对于满足严格的环境法规和消费者期望至关重要。

最后，在当今快速发展的汽车领域，设计灵活性同样是关键因素。

L9026可配置多通道开关

为了应对这些挑战，L9026多通道开关是一个灵活性和稳健性俱佳的开关式负载驱动解决方案，可以无缝集成到现代汽车系统中。它支持八个驱动通道，其中两个是固定的高边驱动，其余六个通道可配置为高边或低边驱动（见图1），适合驱动LED照明、执行器、继电器和其他关键电源管理任务。


图1 - L9026多通道功率开关简图

L9026提供全方位的电气安全保护功能，即使在多变的易发生故障的环境中也能确保设备可靠运行。L9026具有过流、过热、开路和短路保护功能，在各种故障情况下保护器件和车辆的电气系统安全。

L9026的最低工作电压为3V，在发动机启动、电池极性反接等极端情况下表现出极强的稳健性。此外，在出现SPI故障、小故障或低电量等特定故障时，跛行回家功能支持使用预选的两个驱动器维持汽车的基本功能正常运行。凭借其高级保护与诊断功能，L9026能够有效支持系统达到ISO 26262 ASIL-B安全等级。通过SPI接口可以启用实时诊断功能，连续监测每个通道。此功能支持预测性维护策略，能够及早发现潜在问题，并在车辆的整个生命周期内优化性能。

L9026采用HTSSOP24封装和VFQFPN32小封装，紧凑的尺寸使其更具竞争优势，非常适合空间受限的汽车应用场景。新增的安全引脚增强了控制功能，提高了系统管理的灵活性，在关键应用中效果更好。

HTSSOP24（散热薄型小体积24引脚封装）：
该封装可以提供很高的板级可靠性（BLR），耐受-40°C至+125°C的热循环，在振动、机械碰撞、温度波动等恶劣的汽车环境下，能保持焊点的完整性。HTSSOP24封装尤其适用于耐用性和使用寿命重要的恶劣工作环境。



VFQFPN32（极薄细间距四方扁平无引线32引脚封装）：
封装小、薄，非常适合空间受限的应用场景。



这两款封装帮助系统设计人员平衡电路板空间、散热要求和可靠性，从而增强整体系统的稳健性和灵活性。

结论

L9026集先进的安全功能、紧凑的设计和强大的性能于一身，是对可配置性、容错性和可靠性要求很高的汽车应用的理想之选。即使在最严苛的条件下，L9026也能确保汽车系统连续、安全地运行。

L9026可配置多通道开关提供两种封装的选项和全面的安全机制，让系统设计人员能够灵活、可靠地构建更安全、更稳健、更高效的汽车电子系统，这使L9026成为不断推进汽车向更智能、更安全、更可持续方向持续演进的基础器件。

参考文献
        P. Del Croce, J. Hadzi-Vukovic, B. Meldt, and M. Ladurner, “Configurable High Side Power Switch in Smart Power Technology”, 14th International Conference on Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, 2007.
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        L. Creosteanu, A. Danchiv, G. Brezeanu, “Automotive High Side Power Switch Driver Circuit,” Proceedings of the 2008 International Semiconductor Conference, 13-15 Oct. 2008.
        M. Bonarrigo, G. Gambino, and F. Scrimizzi, “Intelligent Power Switches Augment Vehicle Performance and Comfort”, Power Electronics News, 10 Oct. 2023.