中心論題：

• 關斷電壓等級、係統功率要求
  、係統智能性和產品係統成本等四大要素推動著汽車電子功率器件的演進
• 詳細介紹當前汽車電子係統功率MOSFET的發展狀況
• 汽車電子MOSFET發展的一個最終方向是提高感測、控製和保護功率開關的能力

解決方案：

• 采用溝道型MOSFET以獲得更高的單元密度和更低的導通阻抗
• 進一步降低導通阻抗
  ，獲得更高功率密度的方法之一是使用混合模塊
• 集成功率器件到智能化車載係統中去
• 還要充分考慮到產品和係統的成本以及可靠性的重要程度

過去15到20年間
，汽車用功率MOSFET已從最初的技術話題發展成為蓬勃的商業領域。選用功率MOSFET是因為其能夠耐受汽車電子係統中常遇到的掉載和係統能量突變等引起的瞬態高壓現象。且封裝很簡單，主要采用TO220 和 TO247封裝。電動車窗、燃油噴射、間歇式雨刷和巡航控製等應用已逐漸成為大多數汽車的標配，在設計中需要類似的功率器件。在這期間，隨著電機
、螺線管和燃油噴射器日益普及
，車用功率MOSFET也不斷發展壯大。

jintiandeqichedianzixitongyikaichuanglegonglvqijiandexinshidai。benwenjiangjieshaohetaolunjizhongtuidongqichedianzigonglvqijianbiangedexinxingyingyong。haijiangtantaoshixiandangqianqichedianzixitonggonglvMOSFET的一些發展狀況。這些發展將有助於促進汽車電子行業向前，特別是在一些新興市場如中國。

市場動態
新型應用中有4大要素在推動汽車電子功率器件的演進：

•  足夠的關斷電壓等級 (Bvdss)
•  係統功率要求
•  係統智能性/生存能力 (survivability)
•  產品和係統成本

一直以來，汽車電子應用都采用Bvdss約60V的功率器件。然而，新的係統同時使用更高和更低的電壓等級，以更具成本效益的方式提供前所未有的係統性能。

高壓電/磁電噴射係統和高強度照明是兩種廣為流行的應用
，都需要擊穿電壓高達150V 到 300V的功率MOSFET。勢能更高的壓電和磁電燃油噴射係統能夠提供更準確的燃油噴射和更精細的空氣/燃油混合比例

，使到燃燒更充分，有害排放得以降低，並最終提高性能。

相(xiang)比(bi)普(pu)通(tong)白(bai)熾(chi)燈(deng)
，高(gao)強(qiang)度(du)照(zhao)明(ming)技(ji)術(shu)消(xiao)耗(hao)更(geng)少(shao)的(de)能(neng)量(liang)卻(que)能(neng)夠(gou)產(chan)生(sheng)更(geng)大(da)的(de)照(zhao)明(ming)強(qiang)度(du)。這(zhe)樣(yang)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)駕(jia)駛(shi)人(ren)員(yuan)在(zai)夜(ye)晚(wan)或(huo)惡(e)劣(lie)天(tian)氣(qi)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)能(neng)見(jian)度(du)，同(tong)時(shi)也(ye)便(bian)於(yu)其(qi)它(ta)駕(jia)駛(shi)人(ren)員(yuan)看(kan)到(dao)自(zi)己(ji)的(de)車(che)輛(liang)。

除了電壓更高的汽車電子功率應用之外，車輛內部消費應用產品快速的湧現也對電壓範圍提出更高要求。CD/DVD播放器、衛星無線電、手機、GPS導航、MP3播放器接口就是需要功率MOSFET器(qi)件(jian)的(de)新(xin)型(xing)應(ying)用(yong)之(zhi)例(li)子(zi)。這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)所(suo)需(xu)的(de)實(shi)際(ji)功(gong)率(lv)一(yi)般(ban)低(di)於(yu)采(cai)用(yong)更(geng)小(xiao)的(de)分(fen)立(li)或(huo)集(ji)成(cheng)式(shi)元(yuan)件(jian)的(de)功(gong)率(lv)範(fan)圍(wei)。功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)具(ju)有(you)它(ta)們(men)所(suo)服(fu)務(wu)的(de)消(xiao)費(fei)產(chan)品(pin)的(de)相(xiang)同(tong)特(te)征(zheng)。在(zai)上(shang)述(shu)應(ying)用(yong)中(zhong)，尺(chi)寸(cun)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)
，故(gu)往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)PCB封裝占位麵積更小
，或表麵安裝的新型功率器件。Power 56 和 Super SOT SSOT 6等封裝普遍用於這些應用，在很小的封裝中提供相當高的功率處理能力。

圖1. 各種汽車應用及其相關電壓和功率範圍的幾個實例


圖2. 目前用於汽車電子的眾多標準分立式封裝的幾個實例

許多曆來是機械或液壓式的車載係統正在向電動或電動/液(ye)壓(ya)混(hun)合(he)係(xi)統(tong)轉(zhuan)型(xing)。首(shou)當(dang)其(qi)衝(chong)的(de)是(shi)散(san)熱(re)器(qi)風(feng)扇(shan)。采(cai)用(yong)電(dian)動(dong)電(dian)機(ji)後(hou)，可(ke)以(yi)去(qu)掉(diao)風(feng)扇(shan)皮(pi)帶(dai)
，風(feng)扇(shan)可(ke)利(li)用(yong)現(xian)有(you)引(yin)擎(qing)或(huo)根(gen)據(ju)冷(leng)卻(que)劑(ji)溫(wen)度(du)來(lai)進(jin)行(xing)更(geng)精(jing)確(que)的(de)控(kong)製(zhi)。其(qi)它(ta)類(lei)似(si)應(ying)用(yong)還(hai)有(you)電(dian)動(dong)助(zhu)力(li)轉(zhuan)向(xiang) (EPS)
、集成式啟動器交流發電機 (ISA) hezhudongshixuanguaxitong。diandongzhulizhuanxianghezhudongshixuanguaxitongweichezaixitongshejirenyuantigonglexiangdangdadelinghuoxing，rangtamenkeyizaiduogecheliangpingtaishangshiyongyingjianxitong
，bingtongguoruanjianxiugailaigaibiancheliangcongqingbiandaohaohuaxingdeganjiao。

這些電動/jixiexitongdetezhengzhiyishishiyongdegonglvdengjijigao
，yincixuyaodadianliugonglvkaiguan。weilenenggouyijinliangxiaodesunhaotigongzuigaodedianliuzhuanhuan，zhexieyingyongyibancaiyongedingdianya30V 到 40V的高性能溝道型MOSFET (Trench MOSFET)。

功率MOSFET解決方案
溝道型MOSFET的采用已成為當前大部分車載應用的標準。傳統的平麵型MOSFET建立在矽晶圓表麵之上，而溝道型MOSFET是在矽片上蝕刻垂直溝道，從而讓功率開關得以擁有更高的單元密度和更低的導通阻抗。由於這些電子機械係統大多數都采用了MOSFET H橋式電機驅動結構，兩個器件總是串聯以便使用更低電壓的MOSFET，同時仍然可以耐受常見的汽車高電壓衝擊現象。相比60V MOSFET，這些擊穿電壓更低的器件能夠把開關的導通阻抗降低50%
，這意味著係統功耗減少50%
，亦即係統發熱減少，最終把散熱要求降至最低。

圖3. 溝道型與平麵型 MOSFET之比較


圖4. H橋式電機配置

隨著車載係統設計人員在低電壓功率MOSFET方麵累積更多的工作經驗
，並開始認識到其性能和成本優勢，低電壓功率MOSFET的應用範圍正在向刹車和顯示屏控製等其它低功率係統擴展。

現在的功率溝道型MOSFET的導通阻抗 (RDS(ON)) 低至1或2毫歐。這雖然大大降低了係統功耗，但給車載係統設計人員帶來了其它複雜性，包括板上布線
、係統連接以及封裝中引線在內的寄生阻抗給係統帶來的額外阻抗很可能超過了實際的MOSFET (自身導通阻抗)。要yao進jin一yi步bu降jiang低di導dao通tong阻zu抗kang，獲huo得de更geng高gao功gong率lv密mi度du的de方fang法fa之zhi一yi是shi使shi用yong混hun合he模mo塊kuai。當dang前qian許xu多duo應ying用yong都dou已yi開kai始shi放fang棄qi傳chuan統tong的de功gong率lv封feng裝zhuang解jie決jue方fang案an，改gai為wei在zaiIMS (絕緣金屬基板) 或 DBC (直接鍵合銅) dengcailiaozhizuodejueyuanjibanshanganzhuangluopian。jishizaishiyongxiangtonggonglvguixinpiandeqingkuangxia
，xiangbifenlishigonglvfengzhuang，zhexiemokuaitigongdenenglianghedianliunenglidougenggao。mokuainenggoutigonggenggaomidudeluopianjianhehuogengdadeluopianyinxianjianhe，kejianxiaohulianzukang，tongshiyoubagonglvyuanjianzhijiandejulijianzhizuixiao。zhezhonggenggaonengliangmidudedaijiashiyuanjianchengbenjiaofenlishifengzhuangfangangao。buguo，duiyugaonengliangxitong，xitongchicunhexingnengfangmiandegaijinzuyimibuqijianchengbenzengjiadequehan。

圖5. 汽車混合式模塊的示例

汽車電子MOSFET發展的一個最終方向是提高感測、控製和保護功率開關的能力。功率器件正在集成到智能化車載係統中。在最低功率級別，MOSFET現xian在zai可ke以yi與yu功gong率lv器qi件jian上shang的de感gan測ce元yuan件jian一yi起qi使shi用yong。這zhe些xie感gan測ce元yuan件jian能neng夠gou測ce量liang電dian流liu或huo溫wen度du
，並bing能neng夠gou連lian接jie到dao電dian子zi設she備bei上shang以yi監jian控kong係xi統tong性xing能neng，並bing在zai出chu現xian過guo流liu或huo過guo熱re情qing況kuang時shi保bao護hu功gong率lv器qi件jian免mian受shou損sun害hai。

30V 到 60V範圍的低功率器件正在集成到包括串聯接口和微控製器在內的單片式IC中。這種專用的單片IC能夠控製小型電機，甚至可能通過電機和門鎖控製整個門節點。對於更高能量的應用，單片式IC在成本或技術上都不可行
，但可以采用創新的封裝解決方案來實現集成。通過把大功率MOSFET和控製集成電路整合在單個封裝中，可以構建超高功率的智能係統。


圖6所suo示shi為wei目mu前qian車che載zai係xi統tong中zhong采cai用yong多duo芯xin片pian封feng裝zhuang的de幾ji個ge實shi例li。這zhe些xie智zhi能neng化hua器qi件jian可ke以yi提ti供gong更geng高gao的de係xi統tong性xing能neng監jian控kong能neng力li
，通tong過guo集ji成cheng保bao護hu功gong能neng提ti高gao功gong率lv係xi統tong的de可ke靠kao性xing。如ru過guo流liu、過壓和過熱保護等功能都是這類產品的標配。當器件感測到有可能發生上述異常狀況時

，能夠把功率MOSFETzhiyuziwobaohuzhenggexitongdehuanjingzhong。ciwai，zhexieqijianhaijichengyoufujiazhenduangongneng，yongyijiankongfuzaikailuhuoduanlu
，youzhuyuzhidaoqichejixiezhuangzhigelihejiuzhengcheliangzhongchuxiandewenti。

最後
，或許也是所有應用背後最重要的推動力量，以及眾多這類技術可用的原因所在：即(ji)是(shi)產(chan)品(pin)和(he)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)。在(zai)汽(qi)車(che)業(ye)務(wu)中(zhong)
，有(you)不(bu)變(bian)的(de)推(tui)動(dong)力(li)一(yi)直(zhi)在(zai)降(jiang)低(di)產(chan)品(pin)和(he)係(xi)統(tong)的(de)成(cheng)本(ben)。其(qi)不(bu)僅(jin)推(tui)動(dong)元(yuan)件(jian)成(cheng)本(ben)的(de)降(jiang)低(di)，也(ye)推(tui)動(dong)車(che)輛(liang)擁(yong)有(you)成(cheng)本(ben)的(de)降(jiang)低(di)。在(zai)本(ben)文(wen)中(zhong)
，還(hai)把(ba)可(ke)靠(kao)性(xing)也(ye)視(shi)作(zuo)成(cheng)本(ben)推(tui)動(dong)力(li)。可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)線(xian)路(lu)故(gu)障(zhang)或(huo)現(xian)場(chang)故(gu)障(zhang)的(de)低(di)成(cheng)本(ben)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)並(bing)不(bu)是(shi)真(zhen)正(zheng)的(de)低(di)成(cheng)本(ben)器(qi)件(jian)。在(zai)選(xuan)擇(ze)汽(qi)車(che)所(suo)采(cai)用(yong)的(de)元(yuan)件(jian)時(shi)，係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)把(ba)成(cheng)本(ben)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)作(zuo)為(wei)主(zhu)要(yao)的(de)推(tui)動(dong)力(li)量(liang)。本(ben)文(wen)討(tao)論(lun)的(de)產(chan)品(pin)都(dou)是(shi)專(zhuan)為(wei)車(che)載(zai)應(ying)用(yong)及(ji)係(xi)統(tong)而(er)設(she)計(ji)的(de)
，並(bing)針(zhen)對(dui)汽(qi)車(che)終(zhong)端(duan)使(shi)用(yong)而(er)特(te)性(xing)化(hua)及(ji)鑒(jian)定(ding)資(zi)格(ge)。汽(qi)車(che)市(shi)場(chang)已(yi)為(wei)功(gong)率(lv)和(he)智(zhi)能(neng)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)建(jian)立(li)了(le)幾(ji)個(ge)產(chan)品(pin)認(ren)證(zheng)標(biao)準(zhun)，比(bi)如(ru)AECQ100 和 AECQ101biaozhun。mianxiangqicheshichangkaifahegongyingdechanpinbixujingshejihetexinghua，yimanzuzhexieyangebiaozhundeyaoqiu，quebaozhongduanxitongdexingnengnengmanzushejirenyuan，gengzhongyaodeshi，manzuchezhuduichanpinjiazhideqiwang。

小結
過去，選擇60V 還是 55V往wang往wang是shi最zui大da的de設she計ji問wen題ti之zhi一yi
，而er經jing過guo數shu年nian的de發fa展zhan，如ru今jin汽qi車che內nei部bu的de功gong率lv器qi件jian和he設she計ji考kao慮lv事shi項xiang在zai廣guang度du方fang麵mian已yi取qu得de了le長chang足zu的de進jin步bu。隨sui著zhe電dian子zi係xi統tong針zhen對dui娛yu樂le
、儀表板

、動力傳動控製
、安全性
、車che廂xiang和he穩wen定ding性xing控kong製zhi以yi至zhi車che身shen及ji便bian利li性xing控kong製zhi等deng不bu斷duan發fa展zhan，一yi般ban汽qi車che中zhong的de功gong率lv器qi件jian數shu目mu已yi是shi數shu以yi百bai計ji
，並bing且qie正zheng在zai急ji劇ju增zeng加jia之zhi中zhong。選xuan擇ze正zheng確que的de器qi件jian現xian已yi成cheng為wei一yi項xiang艱jian巨ju的de挑tiao戰zhan
，需xu麵mian對dui許xu多duo不bu同tong的de技ji術shu選xuan項xiang，以yi達da致zhi所suo需xu的de性xing能neng和he成cheng本ben目mu標biao。