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MOS管的汽车电子应用

MOS管的汽车电子应用

凌风2018_版主_
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在汽车电子领域,MOS管的应用非常广泛。其中大部分是用作开关管的,从电源到各类型的功率驱动,都少不了MOS管的身影。今天我们来简单介绍一下汽车电子中,MOS管的应用。

1、电源模块

汽车上的供电器件都是直接从蓄电池取电的,蓄电池电压有24V和12V两种。而用电器的电压则是多种多样,有5V、3.3V乃至50V的高压。因此在电源模块需要各种各样的电压转换,其中常用的有buck降压、boost升压等。

 图1.png

图1、MOS管的电源应用

如图所示,开关电源的应用中,无论是升压还是降压都是随着MOS管的不断开闭而逐步变化的。这里选用MOS管要考虑的是流过MOS管的电流和耐受的电压,另外在应用中要考虑开关频率和阻尼的设计以及隔离MOS管产生的开关噪声等。

2、功率模块

汽车上的功率器件一般有两类,阻性负载和感性负载。驱动这两种负载都是对电流有要

求,因为MOS管的导通阻抗极低,所以一般都使用MOS管做驱动。

2.1、高低边驱动

常见的是低边驱动,使用一个NMOS管,对应的是电流注入到驱动端,如图2a:

 图2.png

图2:低边驱动和高边驱动

在图2a中MOS管靠近地端,电流从外部注入到MOS管驱动端中,这种类型被称为低边驱动,通过控制MOS管的开闭来决定负载是否工作。

而另一种是高边驱动,如图2b所示,MOS管靠近电源端,MOS管驱动端输出电流到外部负载,这种类型被称为高边驱动,同样是通过控制MOS管的开闭来决定负载是否工作。

我们来看看这两种电路的区别:

因为这两种电路常用的管子都是NMOS管,在低边电路的结构简单些,:S端电压为0,只要控制G端电压达到GS电压阈值就能打开MOS管。而高边应用则复杂些:GS电压达到阈值后,S端电压瞬间变为电源电压,因此为了维持导通,G端电压必须上升到电源电压+GS阈值电压才行。所以一般高边驱动都会增加一个升压模块,增加了成本。

另外一方面,是从失效角度来考虑的,在汽车应用中,因为接地点较多,短路到地的故障发生频率较高。这时候如果使用的是低边驱动,那就意味着负载会持续工作,很明显增大了负载失效的可能性。而如果是高边驱动,那就意味着负载不会被使能,负载停止工作。这样反而起到了保护作用。因此很多关键部件都是采用高边驱动,例如油泵。

 

2.2、桥式驱动

桥式电路一般有半桥和全桥。其结构如图3所示:

 图3.png

图3:半桥电路和全桥电路

上面说过高边驱动和底边驱动对失效响应的区别,其中高边驱动能更好的响应短路到地故障,那么就不难想,低边驱动能更好的响应短路到电源的故障。因此汽车中很多对安全要求较高的负载会采用板桥驱动,就是使两个MOS管轮流工作,无论哪个管子失效了都会对负载有较好的保护。常见的应用有燃油喷射阀的驱动,电机驱动等。

在电机的应用中,半桥电路可以通过控制低边MOS管的开闭来控制电流的大小,因此调速比较方便,但是无法改变电机的正反转。而全桥电路除了有半桥电路的优点外,还可以转换电流流过的方向。因此在电机的控制中应用的比较多,因为不仅可以调速,可以方便的控制电机的正反转。

MOS管在汽车电子的应用中可以说是占了将近一半,因此合理选择驱动类型和MOS管型号对成本控制影响很大。希望本篇的内容能给大家一个参考。


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