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有效保護電子電路系統 半導體保險絲IPD提高應用可靠性
 

【作者: ROHM】   2019年12月04日 星期三

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近年來,隨著電動車和自駕車等創新技術的發展,汽車領域的電子化日益普及。在此同時,想要構建更安全的車電系統,就必須考量緊急狀態下能夠降低事故風險和規模的「功能安全」。為了解決ECU(電子控制單元)系統異常時流過的過電流問題,一般多採用以自身熔斷來保護系統的保險絲,但這種方法面臨到保險絲熔斷後的保養和經年老化的問題,所以近年越來越多廠商開始採用半導體保險絲(Intelligent Power Device;IPD)來解決這種情況。


IPD是一種可以保護電子電路免於電擊破壞(異常時的過電流)的元件。與傳統保護用的保險絲不同,該產品利用半導體技術,在不損壞或劣化的情況下保護電路,因此也被稱為半導體保險絲,非常有利於構建無需維護的系統。


ROHM針對汽車引擎控制單元和變速箱控制單元等車電系統使用的ECU,研發出具有41V耐壓雙通道輸出的高側智慧功率元件IPD--BV2Hx045EFU-C(BV2HC045EFU-C / BV2HD045EFU-C)。



圖一 : ROHM針對汽車引擎控制單元和變速箱控制單元等車電系統使用的ECU,推出半導體保險絲IPD--BV2Hx045EFU-C。
圖一 : ROHM針對汽車引擎控制單元和變速箱控制單元等車電系統使用的ECU,推出半導體保險絲IPD--BV2Hx045EFU-C。

BV2Hx045EFU-C是一款利用獨家過電流保護功能,可獨立保護系統免受過電流影響的高側IPD。市場競品僅支援啟動時的突波電流保護,啟動後的穩態電流則使用微控制器和過電流檢測IC等進行過電流保護,但受到與IPD輸出端後段電路之間的相容性影響,有可能會發生異常的現象,而新產品則可以獨立保護系統免受突波電流和穩態電流中的過電流影響。



圖二 : 保險絲和IPD(半導體保險絲)的差異
圖二 : 保險絲和IPD(半導體保險絲)的差異

圖三 : 過電流檢測後的動作比較
圖三 : 過電流檢測後的動作比較

與市場競品的解決方案相比,能提供可靠性更高、零件數量更少的解決方案,有助於打造更安全的系統。另外,過電流保護的範圍還可以利用外接零件自由調整,因此可運用於各種系統。



圖四 : 新產品和市場競品的週邊零件數比較
圖四 : 新產品和市場競品的週邊零件數比較

產品特色

1.創獨立過電流保護功能,有助於構建高可靠性系統


普通的高側IPD僅支援啟動時的突波電流保護,啟動之後的穩態電流則需要使用微控制器和過電流檢測IC等進行過電流保護。此時,當檢測到穩態電流的過電流時,會透過微控制器的使能訊號來控制IPD輸出(ON/OFF),因此,在某些IPD輸出端的後段電路的電容容值條件下,受到啟動時的突波電流影響,可能會導致反覆進行過電流檢測與重置的異常狀態發生。


而BV2Hx045EFU-C則憑藉其獨有的過電流保護功能,可獨立保護系統免受突波電流和穩態電流的過電流的影響,所以可持續穩定地驅動系統,有助於構建可靠性更高的系統。不僅如此,當發生過電流等異常時,還可將相對應的錯誤訊號發送到微控制器,有助於建立系統的「功能安全」。


2.可保護各種系統的ECU


新產品可以透過變更外接電容和電阻的常數,來自由調整突波電流的保護時間和穩態電流的異常電流設定值,因此可運用於各種系統。



圖五 : 可對應各種系統,且過電流保護的設定,可透過外接零件進行彈性調整
圖五 : 可對應各種系統,且過電流保護的設定,可透過外接零件進行彈性調整

3.可大幅減少零件數量


新產品可透過獨家過電流保護功能,來獨立保護系統免受過電流影響。因此,相較於一般產品的解決方案,可減少多達7個零件,更可縮減約70%的安裝面積。


應用範例包括:引擎控制單元、變速箱控制單元、怠速停止控制單元、車燈、油壓懸吊控制單元、防鎖死剎車系統,相當適用於上述車電系統的ECU保護功能。另外,由於這個半導體開關在切換時不會產生噪音,因此還可廣泛使用於繼電器(電路的切換)的應用。


本產品已於2019年6月開始出售樣品,計畫於2020年1月開始投入量產。


名詞解釋


[1]功能安全:功能安全是「透過監控裝置和防護裝置等附加功能來降低風險的措施」,是安全措施(出於確保安全考量)的一種。汽車領域的功能安全指的是在電子系統故障等導致功能異常的情況下,把危險降低到不對人體產生危害的程度所進行的安全保護。


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