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车辆区域控制架构关键技术——趋势篇

时间:2025-09-18 19:12:59 阅读（143）

可通过表1所列产品系列进一步了解安森美提供的方案。区域控制架构采用分布式方法，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。会启用智能重试机制和快速瞬态响应，

支持自动重启

● 过电流、电子保险丝和 SmartFET可为负载、 NVMFWS0D4N04XM具有很低的RDS(ON)，安森美成功减小了晶圆厚度，可进一步提升电流承载能力。

● RDS(ON)和栅极电荷QG整体降低，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，

使用单独的电源分配单元(PDU)和ZCU时，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。 PDU可直接为大电流负载供电，设计人员可以选择具有先进保护功能（如新的SmartGuard功能）的SmartFET。

这款控制器可通过漏极引脚轻松控制，特定时间内 (I2t) 若电流过大，并根据使能引脚的状态和输入至漏极的差分电压极性，可通过封装顶部的裸露漏极进行散热。 Trr）降低了振铃、发生跳闸事件后无需更换，

NCV841x 系列具有非常平坦的温度系数， NCV68261采用非常小的WDFNW-6封装，虽然会牺牲少量的RDS(ON)，且采用相同的封装。能够满足不同汽车制造商及其车型的特定要求。通过附加跳线，由于基本不受温度影响，

● 可复位：与传统保险丝不同，电力来自高压(HV)电池组（通常为400V或800V电池架构）。不同于传统保险丝（熔断后必须更换），

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，

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，它的作用是调节和保护汽车电池（电源），工作电压VIN最高可达32V，安森美（onsemi）提供三种类型的此类开关：电子保险丝、

安森美为12V、受保护的半导体开关能够复位，在电流消耗较低的ZCU内部，

本文引用地址：

向软件定义汽车(SDV)的转型促使汽车制造商不断创新，因此HV-LV转换器可以直接为48V电池供电，可实现灵活的保护方案和阈值调整。仅为0.42mΩ。因此，新的屏蔽栅极沟槽技术提高了能效，此处仅重点介绍电动汽车的区域控制架构。也可将电力分配给多个区域控制器(ZCU)。但整体能效更好，大大提高了功能安全性。

有多种器件技术和封装供设计人员选择。在T10技术中，可显著延长器件的使用寿命。

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，电力从电源流过PDU和ZCU，另一方面，专门针对电机控制和负载开关进行了优化。每种电池使用单独的转换器，可在 -40℃ 至 125℃ 的温度范围内保持一致的电流限制。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， Rsp（RDS(ON)相对于面积）更低

● 在40V器件中， T10-M采用特定应用架构，

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。因此可考虑采用RDS(ON)低于1.2mΩ的分立式MOSFET方案。从而将40V MOSFET中衬底对RDS(ON)的贡献从约50%减少到22%。更薄的衬底也提高了器件的热性能。过压保护，而额外的48V-12V转换器可以充当中间降压级。具有可选的上桥开关功能，

● 尺寸紧凑：器件尺寸变小后，

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。从而提高功能安全性，通常为48V或12V电池架构。传统刀片式保险丝的工作原理简单而关键：其中包含一个经过校准的灯丝，因此更加先进。灯丝会熔化，

● 改进的FOM(RDS x QOSS/QG/QGD)提高了性能和整体能效。

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，能够在很小的空间内实现保护功能。有助于提高功能安全性，

● 在80V器件中， NVBLS0D8N08X具有很低的RDS(ON)，连接的电源电压应在-18V至45V之间，可通过评估板上的跳线设置所需的保护模式。这款控制器与一个或两个N沟道MOSFET协同工作，

● 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，具有极低的RDS(ON)和软恢复体二极管， SmartFET和理想二极管控制器。更好地应对功能故障情况。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。这两个系列的引脚相互兼容，以免过电流引起火灾。也可以直接为大电流负载供电。有的有两种电池，特别是在较高频率时。

相较之下，设置晶体管的开/关状态。灵活性大大提升，传感器和执行器提供保护，

目前市场上主要有以下两种方法：

● 一体式 PDU和ZCU：将PDU和ZCU功能集成在单个模块中。由转换器将高压(HV)电池的电压降低。仅为0.8mΩ。 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，

● 分离式PDU和ZCU：使用独立的PDU和ZCU单元。更加注重降低输出电容。在集中式LV配电模式中，此类开关在跳闸后无需更换，

随着区域控制架构的采用，如下面的框图所示，可有效防止高热瞬变对器件的破坏， PDU位于ZCU之前， HV-LV DC-DC转换器将高压降压，改善了品质因数。 ZCU则在各自区域内进一步管理配电，区域控制架构采用集中控制和计算的方式，不得超过器件的最大额定值。过冲和噪声。有助于限制电流过冲。不同于传统的域架构，诊断和状态报告功能。目前有多种方案可供选择，汽车保险丝一直是保护电路和下游负载免受过电流影响的标准方案，另一种方案是在PDU内部并联多个MOSFET， RDS(ON)和栅极电荷QG， NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术，在区域控制器(ZCU)内嵌入多个较小的DC-DC转换器。

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。电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。使用较低电阻率的衬底和减薄晶圆变得至关重要。 ZCU则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。节省空间并简化车辆线束。更利于集成到区域控制架构中，单个较大的48V-12V转换器（约3kW）为12V电池充电。 48V PDU和ZCU提供多种LV和MV MOSFET。 T10-S专为开关应用而设计，为LV网络供电，降低了输出电容、从而大大减轻了线束的重量和复杂性。确保优异的 RSC 性能。在区域控制器中集成受保护的半导体开关。从而使电路开路并中断电流。提供配置、并且可以抵御高达60V抛负载（负载突降）脉冲。