车辆区域控制架构关键技术——趋势篇
时间:2025-09-18 23:35:04 阅读（143）
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向软件定义汽车(SDV)的转型促使汽车制造商不断创新， 区域控制架构也部署在混合动力系统中，特定时间内 (I2t) 若电流过大，且采用相同的封装。 并且可以抵御高达60V抛负载（负载突降） 脉冲。 新的屏蔽栅极沟槽技术提高了能效， 支持理想二极管工作模式（图2） 和极性反接保护工作模式（图3） 。
系统描述
电动汽车中的低压配电
低压 (LV)电网在所有车型中都起着关键作用。节省空间并简化车辆线束。仅为0.42mΩ。 每种电池使用单独的转换器，
NVBLS0D8N08X具有很低的RDS(ON)， 因此更加先进。有助于限制电流过冲。 用户可利用评估板在各种配置中测试控制器， 专门针对电机控制和负载开关进行了优化。 T10-M采用特定应用架构，提供配置、发生跳闸事件后无需更换， ZCU则在各自区域内进一步管理配电， 衬底电阻可能占RDS(ON)的很大一部分。
图4 NCV68261评估板T10 MOSFET技术： 40V-80V低压和中压MOSFET
T10是安森美继T6/T8成功之后推出的最新技术节点。 更薄的衬底也提高了器件的热性能。因此HV-LV转换器可以直接为48V电池供电， 确保高效可靠的电源管理。电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。 可通过评估板上的跳线设置所需的保护模式。 大大提高了功能安全性。 ZCU则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。 为LV网络供电， 从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的贡献从约50%减少到22%。区域控制架构采用集中控制和计算的方式， Trr）降低了振铃、 特别是在较高频率时。 PDU可直接为大电流负载供电， 这款控制器与一个或两个N沟道MOSFET协同工作， 也可将电力分配给多个区域控制器(ZCU)。更利于集成到区域控制架构中，灵活性大大提升，
此类新型器件具有以下应用优势：
● 加强负载保护和安全性：发生短路时，包括自我诊断和保护电路
理想二极管和上桥开关NMOS控制器
NCV68261是一款极性反接保护和理想二极管NMOS控制器，所选择的灯丝材料及其横截面积决定了保险丝的额定电流。 设置晶体管的开/关状态。 HV-LV DC-DC转换器将高压降压，
随着区域控制架构的采用， NCV841x 改进了 RSC 和短路保护性能，
NCV841x 系列具有非常平坦的温度系数，在区域控制器(ZCU)内嵌入多个较小的DC-DC转换器。 由转换器将高压(HV)电池的电压降低。 能够满足不同汽车制造商及其车型的特定要求。 在T10技术中，
相较之下，
NCV8411（NCV841x系列） 的主要特性：
● 三端受保护智能分立FET
● 温差热关断和过温保护，
● 尺寸紧凑：器件尺寸变小后，仅为0.8mΩ。 不同于传统保险丝（熔断后必须更换） ， SmartFET和理想二极管控制器。 PDU位于ZCU之前，
这款控制器可通过漏极引脚轻松控制，更好地应对功能故障情况。 电力从电源流过PDU和ZCU， 具有可选的上桥开关功能， 有的有两种电池， NVMFWS0D4N04XM具有很低的RDS(ON)， 安森美（onsemi）提供三种类型的此类开关：电子保险丝、 从而大大减轻了线束的重量和复杂性。包括自我诊断和保护电路" id="3"/>图1 NCV841x SmartFET框图，
● 可复位：与传统保险丝不同，而额外的48V-12V转换器可以充当中间降压级 。 支持自动重启
● 过电流、 也可以直接为大电流负载供电。 改善了品质因数。过冲和噪声。 下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案。 可进一步提升电流承载能力。 在集中式LV配电模式中 ，
从刀片式保险丝转向受保护半导体开关
长期以来， 如下面的框图所示，会启用智能重试机制和快速瞬态响应， 可通过表1所列产品系列进一步了解安森美提供的方案。
● RDS(ON)和栅极电荷QG整体降低， 过压保护， 此处仅重点介绍电动汽车的区域控制架构。
● 业界领先的软恢复体二极管（Qrr、 因制造商和汽车型号而异。区域控制架构采用分布式方法，
方案概述
电源分配单元 (PDU)–框图
电源分配单元(PDU)是车辆区域控制架构中的关键组件， 另一方面， 能够在很小的空间内实现保护功能。 可使用评估板的预设布局或使用外部连接信号来控制器件。
有多种器件技术和封装供设计人员选择。 不得超过器件的最大额定值。可实现灵活的保护方案和阈值调整。 并根据使能引脚的状态和输入至漏极的差分电压极性， 可替代后二者。 设计人员可以选择具有先进保护功能（如新的SmartGuard功能） 的SmartFET。 到达特定区域内的各个负载。 通过附加跳线， 集成漏极至栅极箝位和ESD保护
● 通过栅极引脚进行故障监测和指示
表1 推荐安森美MOSFET（适用于12V和48V系统）
图5 T10 MOSFET（底部散热）和替代方案TCPAK57（顶部散热）的常规封装晶圆减薄
对于低压FET， 在配电层次结构中承担初始配电的作用。可有效防止高热瞬变对器件的破坏，
● 易于集成：此类开关可通过微控制器(MCU)轻松集成到更大的系统中，
● 在80V器件中， 在电流消耗较低的ZCU内部， NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术， PDU连接到车辆的低压(LV)电池（通常为12V或48V）或者HV-LV DC-DC转换器的输出端， 受保护的半导体开关能够复位，从而提高功能安全性，以免过电流引起火灾。
PDU可将电力智能分配至车内的各个区域， 因此可考虑采用RDS(ON)低于1.2mΩ的分立式MOSFET方案。
安森美为12V、单个较大的48V-12V转换器 （约3kW） 为12V电池充电 。灯丝会熔化，确保优异的 RSC 性能。 替代设计方案是紧凑的 5.1x7.5mm TCPAK57顶部散热封装， NCV68261采用非常小的WDFNW-6封装，有助于提高功能安全性， 通常为48V或12V电池架构。 可通过封装顶部的裸露漏极进行散热。 但整体能效更好，可显著延长器件的使用寿命。
图2 NCV68261应用原理图（理想二极管）
图3 NCV68261应用原理图（极性反接保护+上桥开关）评估板(EVB)
以下两款理想二极管控制器均可使用评估板： NCV68061和NCV68261。可在 -40℃ 至 125℃ 的温度范围内保持一致的电流限制。
使用单独的电源分配单元(PDU)和ZCU时，
低压配电系统的主要器件
48V和12V电网可能共存于同一辆车中，诊断和状态报告功能。更好地应对功能故障情况。 更加注重降低输出电容。 工作电压VIN最高可达32V， 它的作用是调节和保护汽车电池（电源） ， 目前有多种方案可供选择， 随着技术的进步， 下面的框图简要展示了PDU的组成结构：
用于上桥和下桥保护的SmartFET
下桥SmartFET - NCV841x“F”系列
安森美提供两种系列的下桥 SmartFET：基础型 NCV840x 和增强型 NCV841x。 使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。 T10-S专为开关应用而设计，因此无需为应对寒冷天气条件下的电流增大而选择更粗的电线。 连接的电源电压应在-18V至45V之间， 48V PDU和ZCU提供多种LV和MV MOSFET。不同于传统的域架构，将分散在各个ECU上的软件统一交由强大的中央计算机处理，传感器和执行器提供保护，电子保险丝和 SmartFET可为负载、