英飛凌PROFET Load Guard提供電子負載保護

未來越來越重要的是：汽車電氣系統(tǒng)中的智能配電。通過使用英飛凌的全新元件，智能配電設計變得輕而易舉。PROFET Load Guard是受保護高壓側開關系列的最新成員，其功能專為保護電子負載和配電架構而設計。

隨著先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛不斷發(fā)展，要求為不斷增多的控制單元提供智能化的安全供電。這就要求對電氣系統(tǒng)進行保護，防止有缺陷的用電設備造成過流甚至短路。

可通過多種方式提供保護功能：一方面，采取措施限制單個用電設備的電流；另一方面，在電氣系統(tǒng)出現(xiàn)長時間電壓下降之前，迅速斷開有故障的用電設備或有故障的電氣系統(tǒng)部分與系統(tǒng)其他部分的連接。否則，長時間的電壓下降會迫使ADAS 重要功能的 ECU 進入欠壓復位，從而短暫禁用與安全相關的功能。

傳統(tǒng)的保險絲和繼電器無法勝任這一任務，因為它們的開關速度比智能半導體模塊低 100 倍。這會使敏感負載和電源面臨過載風險。此外，熔化的保險絲必須更換，而且不能像半導體模塊那樣復位。這不是選擇方案，尤其不適合未來的區(qū)域架構。

新功能

英飛凌新型PROFETLoad Guard系列產(chǎn)品完美結合了保護和診斷功能，適用于設計未來的 ADAS 系統(tǒng)。這款靈活的高壓側電源開關具有多種功能，如電源保護、負載控制和保護、自我保護和電線保護。由于PROFET Load Guard可限制浪涌，因此也適用于切換電容性負載。電容性負載開關模式（CLS 模式）還可快速接通大型電容器，而不會發(fā)生模塊熱過載。由于可調(diào)節(jié)電流限制，該元件還能保護傳感器供電線路中的敏感濾波元件（關鍵詞：同軸電纜供電）。實際電流值的公差比(kILIS)非常精確，因此還能對負載狀況進行精確診斷。

圖1顯示應用實例：通過同軸電纜為兩個 ADAS ECU（本例中用于攝像頭）供電，由濾波器隔離信號（圖中為數(shù)據(jù)）和電源電壓。如果攝像頭造成短路，PROFET Load Guard（圖中藍色部分）會將負載電流限制在預設值內(nèi)。一方面，電流限制可保護濾波器線圈（PoC），防止負載端過熱。另一方面，DC/DC電源也能保持在規(guī)定的負載范圍內(nèi)，并能夠繼續(xù)為另一個攝像頭供電，而不會出現(xiàn)任何問題。因此，電流限制可確保負載電路之間不受干擾。

圖 1：PROFET Load Guard 12V使用案例：通過同軸電纜為 ADAS攝像頭供電。(圖片來源：英飛凌）

可調(diào)節(jié)電流限制技術的最新發(fā)展

圖2顯示PROFET Load Guard系列產(chǎn)品 BTG7090-2EPL 及其內(nèi)部功能塊框圖。這款過流限制模塊是全新的功能模塊。與前代產(chǎn)品相比，PROFET Load Guard在發(fā)生過流時不會簡單地關閉，而是繼續(xù)運行，并且將輸出電流限制在預設限值內(nèi)。

圖2：PROFET Load GuardBTG7090-2EPL框圖。(圖片來源：英飛凌）

為此，BTG7090-2EPL配備了可調(diào)節(jié)電流限制功能，外部電阻用于配置最大電流。在過載情況下，輸出電流被限制在電阻器設定的極限電流范圍內(nèi)，PROFET Load Guard的輸出晶體管進入線性工作狀態(tài)。晶體管中產(chǎn)生的功率損耗會加熱元件。只有當芯片溫度或溫度梯度達到一定的最大值時，元件才會關閉受影響的通道以保護自身。然后，重試策略開始發(fā)揮作用，這是自動重啟和鎖定功能的結合：在關閉后，芯片溫度再次下降，PROFET Load Guard會自動重新開啟（假設控制輸入端有持續(xù)的高壓信號）。如果六次重啟嘗試失敗，輸出級將永久關閉（鎖定）。控制輸入端的低-高序列將重置內(nèi)部重試計數(shù)器，并重新開啟輸出。

由于電流限制可調(diào)節(jié)，該模塊在應用中具有很高的靈活性。通過選擇電阻器，其功能可適應不斷變化的要求。

在自我保護方面，依靠溫度監(jiān)控器在溫度過高時關閉開關。當然，控制微控制器也可以關閉 PROFET Load Guard。感應引腳上的診斷反饋信號可作為決策依據(jù)。因此，該模塊還能提供負載當前功耗的精確反饋(±5%)。

處理回流電流減少功率損耗

PROFETLoad Guard只能關閉一個方向的電流。在另一個方向上，即使通道本身不導通，MOSFET 的本體二極管也會導通。例如，在作為負載的再生電機中就存在作為負載的再生電機中就存在電流回流。體二極管中可能會產(chǎn)生高功率損耗，使得芯片發(fā)熱，也可能使相鄰通道發(fā)熱，從而導致它們關斷。

反向開啟（InverseOn）產(chǎn)品功能允許內(nèi)部 MOSFET 在回流電流處于一定限制范圍內(nèi)時開啟。其優(yōu)勢在于：發(fā)生在 MOSFET通道中的功率損耗小于發(fā)生在體二極管中的功率損耗。

借助電容性負載開關 (CLS) 功能塊，PROFET Load Guard還適用于大型電容性負載的快速充電和開關。為此，輸入由特定的 PWM 控制，該PWM信號使模塊進入具有連續(xù)自動重啟關閉策略的 CLS 模式。開關周期不斷重復 “導通并提供限流” 和 “由于溫度陡升保護而關斷”，直到輸出晶體管在導通狀態(tài)下的壓降低于某一特定值。在這種情況下，認為電容性負載已充分充電。之后，PWM 將被永久切換，并由控制輸入端的高電平所取代。優(yōu)點是在此期間，模塊仍處于規(guī)定的安全工作區(qū) (SOA)。

可用性、模擬性能和評測板

PROFETLoad Guard已通過ISO-26262。因此，英飛凌在安全應用說明 (SAN)中提供了相關信息，有助于將該組件集成到功能安全系統(tǒng)中。首款衍生產(chǎn)品是雙通道 BTG7090-2EPL，儒卓力可應要求提供樣品。量產(chǎn)已于 2022 年底開始。感興趣的用戶可在網(wǎng)頁www.infineon.com/profetloadguard上找到數(shù)據(jù)表、仿真模型和其他工具。

為了便于評測，英飛凌提供兩塊用于組裝套件的電路板：主板 PROFET ONE4ALL MB V1 和子板 BTG7090-2EPLDAUGH BRD（圖4）。

圖4：帶有PROFET Load Guard的子板。(圖片來源：英飛凌）

結合使用英飛凌的μIO-Stick和Config Wizard GUI，可以對模塊進行配置、控制和測試。

總結

ADAS需要在車輛電氣系統(tǒng)中提供可靠的電源。為此，必須保護電氣系統(tǒng)不受其他有缺陷且有過大電流需求的用電設備的影響。PROFET Load Guard的限流功能可根據(jù)系統(tǒng)要求進行調(diào)整，首先不允許輸出端出現(xiàn)危險的短路電流和峰值電流，從而保護負載和12V電源免受過載影響。

審核編輯：劉清