淺析MOSFET和電動汽車的12V配電架構

虎子給了我一些交流的總結材料，寫的挺好的。我摘錄出來，和大家一起分享下?？偟谋尘?，是在整個智能化配電單元上，繼電器被MOSFET所取代。12V的配電架構，特別是電動汽車，由于整個系統的變化，都開始轉變。傳統的配電架構都因繼電器與保險絲而受到局限:

如下圖所示：

很大一部分配電用的熔絲+繼電器的設計，被MOSFET管理電路所取代

這個發展的路徑，是越來越快了。隨著MOSFET的發展很快，現在只要單一芯片，就能夠取代諸如繼電器、保險絲、繼電器驅動器等眾多組件，從芯片的角度來看，MOSFET開關極為耐用，不怕灰塵、沖擊和震動，因此配置與組裝組件時具有更多彈性。 主要的優點是：

1）過載時的行為差異，保險絲損壞而需要更換時，應用將無法運作。 基于MOSFET的開關可以通過軟件，能夠重置并重新啟動；

2）在承受短路的層面，由于是個閉環的系統，能夠承受的短路周期比較多

3）繼電器會產生些許噪音，MOSFET在狀態切換時噪音幾近于無

備注：這里最為核心的還是有關于線束短路的保護，對于電動汽車而言，除了電池以外就是電氣短路問題最多，通過線束的模型，可以認真而細致的設定整個短路的狀態，根據電流早期判別電氣短路（特別是間歇性的）

線束的短路計算分析

如上圖所示，傳統的熔絲設計，其實也做到了一定的程度，再往下就比較難了。通過這個配電盒的設計，主要對于線束設計可以解放不少的工作量

備注：從控制角度來看，差異主要在控制部分，之前很大一部分是按照HSD的封裝形式來做

以下是虎子寫的了，我做一些摘錄和引用，并且把HSD的部分摘出來

第一部分 從HSD開關設計考慮來說

◆負載的正常電流多大？

◆最大電流多大？

◆負載的工作環境溫度是多少？極限溫度試多少？

◆負載是否是容性？容性的話，沖擊電流是多少？

◆負載是否為感性？感性的話，關斷時的能量？

◆負載的控制方式？ON/OFF方式（沒有續流，注意過壓保護，需要對GD,GS保護背靠背的穩壓管），PWM方式（有續流，沒有對GD,GS的過壓保護）注：ON/OFF方式和PWM方式參考SMTC 2800 017電路端口設計目的

◆系統如果是地線開路的話，對負載有何影響？

◆散熱方式，根據參數計算是否需要加散熱片？（PCB上的通孔方式銅箔的面積大?。?/p>

◆負載是否需要診斷：如需要，有哪些診斷？過流，過壓，過溫還是短路。

◆負載是否有以下應用：電池反接，負載突降，過壓，過流等

◆負載突降（Load dump）：如果負載的突降超過VCC的最大額定值時，Did瞬態抑制二極管必須要加的。

第二部分 HSD和LSD的區別：

◆導通電阻：NMOS的導通電阻比PMOS在同樣條件下要?。?a target="_blank">電子導通速度比空穴快，因而影響到導通電阻），為了追求低的導通電阻，在某些HSD的驅動應用，用充電泵加上NMOS來完成PMOS作為HSD的應用，代價是價格高，驅動比較復雜。

◆采樣電路：對于HSD的保護，需要對電流的采樣，需要差分的配置才能實現電流的采樣；而對于LSD，采用單端配置就可以。由于差分電路成本高于采用單端的成本，所以從這個意義上說，LSD比HSD具備成本優勢。

◆線制的要求：汽車中的大部分負載多為負極搭鐵，采用HSD給負載供電的好處是負載的一端直接接在底盤地上，另外一端則只需要一根線給負載供電，這就節省了系統的成本。

◆失效對系統的影響：這是根據系統的要求，選擇哪種負載失效。在飛機失效類型中，如果負載失效，最安全的方式是讓負載繼續運行下去；而對于汽車的負載應用，則正好相反。

HSD驅動配置優缺點：

◇系統中是1 Wires

◇短路到地不會損壞負載

◇load corrosion unlikely （連接到地）

◇簡單的地連接更健壯（單線）

◇內部電路（設計相對復雜，成本高）；外部接線（單線，簡單線成本降低）

例如：在ECM控制中，控制油泵的開關就是HSD，這是因為在大多數情況下，當驅動模塊失效時，是關掉油泵的，這種設計對于當發生車禍或系統失效時是非常有利的。

如圖電路所示：

控制油泵對電源端通過HSD開關控制，當汽車遇到危險狀況時，通過控制模塊直接把電源切斷，避免油箱漏油某一點與負載的另外一端短路造成危害（低邊控制的話，等效油泵控制的回路只是對地開關，油泵負載另外一端接常電）；所以說LSD控制更容易遭受短路危害，LSD短路將導致負載永久性的處于導通，HSD短路只是對開關造成應力，相比電池電壓，接地更容易遭受短路危害，所以HSD開關比LSD開關更安全。

HSD:HSD_OUT對地短路只是對開關（MOS管）造成應力，可以理解為對電源的一個保險

LSD：LSD_OUT對地短路的話將會對負載永久性的導通狀態，所以對于油泵控制（汽車遇到危險狀況時）非常危險的。

小結：開個頭，從汽車電子的角度來看，也是配合著車輛的智能化開始發展和創新的，就是國內做個模塊或者部件很難賺到錢。