在電氣化與智能化浪潮中，高邊開關(guān)作為連接數(shù)字控制與物理執(zhí)行器的關(guān)鍵，其性能至關(guān)重要。為滿足高端市場(chǎng)對(duì)性能、可靠性與智能化的極致需求，思瑞浦正式發(fā)布了新一代應(yīng)用在車身電控的高端雙通道智能高邊開關(guān)TPW4020DQ。

國(guó)產(chǎn)首發(fā)的大功率單die高邊開關(guān)方案

TPW4020DQ的問(wèn)世，標(biāo)志著思瑞浦在智能功率器件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了多項(xiàng)關(guān)鍵突破。它并非一個(gè)簡(jiǎn)單的功率開關(guān)，而是一個(gè)集“驅(qū)動(dòng)、感知、保護(hù)”于一體的智能功率管理與安全控制單元。產(chǎn)品的核心優(yōu)勢(shì)源于創(chuàng)新的VDMOS + BCD集成工藝平臺(tái)與更全面的保護(hù)功能。國(guó)產(chǎn)高邊芯片的傳統(tǒng)方案中控制芯片和功率MOS芯片分開制造，在框架上通過(guò)打線互聯(lián)。該方案的不足在于打線引入額外的寄生參數(shù)，在高頻和大電流下對(duì)性能產(chǎn)生影響，可靠性不如單芯片集成方案。

TPW4020DQ是國(guó)產(chǎn)第一顆大功率單die高邊開關(guān)，將單通道導(dǎo)通阻抗降至20mΩ（常溫25°C）的行業(yè)領(lǐng)先水平，極大降低了導(dǎo)通損耗和發(fā)熱；同時(shí)優(yōu)化了芯片布局和散熱，為集成高精度監(jiān)控電路釋放了空間。TPW4020DQ保護(hù)功能的全面性與可靠性上對(duì)標(biāo)國(guó)際廠商, 保護(hù)功能包括：過(guò)流/短路限流，以支持更嚴(yán)苛的大電容上電場(chǎng)景；絕對(duì)過(guò)熱自保護(hù)及熱梯度自保護(hù)；智能功率鎖止；電源/地反接功率管自保護(hù)；電源/輸出反接功率管自保護(hù)；丟地/丟電源自保護(hù)，過(guò)壓/欠壓保護(hù)等。

TPW4020DQ產(chǎn)品特性：

支持車載12V供電應(yīng)用

Typical導(dǎo)通阻抗20mΩ

每通道5A持續(xù)過(guò)流能力

輸出2A時(shí)，電流檢測(cè)精度達(dá)到±4%

具有Reverse On和Inverse On保護(hù)功能

Lose of GND保護(hù)功能

工作溫度：-40 ℃ 至 125 ℃

封裝：EQSOP14，與行業(yè)主流方案可直接Pin-to-Pin替換

圖1、TPW4020DQ系統(tǒng)內(nèi)部框圖

超寬電源工作范圍，適配全場(chǎng)景車載電源

圖1為TPW4020DQ系統(tǒng)內(nèi)部框圖，思瑞浦憑借高邊開關(guān)核心技術(shù)專利全覆蓋，TPW4020DQ實(shí)現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的性能參數(shù)：

工作電壓范圍寬達(dá)4-28V，集成了高精度的實(shí)時(shí)負(fù)載電流監(jiān)控功能（在2A以上負(fù)載電流時(shí)，精度達(dá)到±4%）和多種電壓鉗位保護(hù)機(jī)制；

TPW4020DQ單通道可持續(xù)輸出10A負(fù)載電流（常溫25°C），瞬態(tài)輸出電流能力高達(dá)50A，足以應(yīng)對(duì)數(shù)倍于典型應(yīng)用場(chǎng)景的浪涌電流如電機(jī)啟動(dòng)場(chǎng)景。

獨(dú)特的保護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)大容性負(fù)載上電

將智能的Latch（鎖存）保護(hù)機(jī)制和獨(dú)特的Fault Retry機(jī)制有效結(jié)合，TPW4020DQ既能在檢測(cè)到持續(xù)的過(guò)流或過(guò)溫嚴(yán)重故障時(shí)，徹底關(guān)斷通道并鎖定，并需外部復(fù)位才能恢復(fù)開啟，有效防止故障擴(kuò)大；又能支持大電容負(fù)載的上電，避免上電過(guò)程被Latch保護(hù)機(jī)制終止。

高標(biāo)準(zhǔn)可靠性測(cè)試，從容應(yīng)對(duì)車載極端電壓沖擊

在測(cè)試驗(yàn)證方面，TPW4020DQ還通過(guò)了ISO 7637-2、ISO16750-2標(biāo)準(zhǔn)車規(guī)波形測(cè)試、AEC-Q100-012重復(fù)短路可靠性測(cè)試和感性負(fù)載退磁Emax極限測(cè)試，其中AEC-Q100-012對(duì)高邊開關(guān)短路可靠性有著極高的要求，TPW4020DQ在輸出負(fù)載0uH/5uH電感的循環(huán)短路測(cè)試（>1000000次）后，仍能保證芯片的正常功能。此外，TPW4020DQ實(shí)現(xiàn)了Reverse On和Inverse On保護(hù)功能，前者可以在電源反接的情況下自動(dòng)打開功率開關(guān)，后者可以在正常工作OUT反灌電流時(shí)仍保證功率開關(guān)不會(huì)被誤關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開關(guān)的保護(hù)。

表1、TPW4020DQ主要指標(biāo)對(duì)比

賦能客戶設(shè)計(jì)

在中高端市場(chǎng)上，高邊開關(guān)的需求繁雜多樣，但如何找準(zhǔn)需求，精準(zhǔn)提供符合客戶需求的產(chǎn)品，贏得市場(chǎng)認(rèn)可，是芯片廠商在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的最大難題之一。

思瑞浦采用“性能對(duì)標(biāo)為基礎(chǔ)，服務(wù)與成本為突破口”的策略，深入各行業(yè)挖掘核心痛點(diǎn)，開發(fā)貼合客戶需求的高邊開關(guān)產(chǎn)品。在性能上，思瑞浦在導(dǎo)通阻抗、單die設(shè)計(jì)能力、穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)上都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，導(dǎo)通阻抗低至20mΩ，同時(shí)單die設(shè)計(jì)方案相較于合封方案寄生參數(shù)更小、集成度更高，可滿足眾多類型場(chǎng)景需求，這是構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。

TPW4020DQ立足于工程師的實(shí)際設(shè)計(jì)需求，從四個(gè)方面構(gòu)建了全方位的客戶價(jià)值。

成本優(yōu)化與效率提升

20mΩ的超低導(dǎo)通阻抗直接降低了功耗與散熱成本，并采用EQSOP-14封裝，與國(guó)際主流競(jìng)品引腳兼容，便于客戶快速替換與升級(jí)。內(nèi)部集成地網(wǎng)絡(luò)節(jié)省了外部元件，降低了BOM成本與PCB占用，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了電源反接耐受——即使在現(xiàn)場(chǎng)接線接反的意外情況下，芯片也能避免立即損壞，為系統(tǒng)提供了寶貴的容錯(cuò)能力。

全場(chǎng)景的負(fù)載監(jiān)控與線束可靠保護(hù)

實(shí)時(shí)高精度的電流監(jiān)控、豐富的診斷與保護(hù)機(jī)制。以車載系統(tǒng)為例，其電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向電機(jī)、制動(dòng)電磁閥、座椅調(diào)節(jié)電機(jī)、LED燈光系統(tǒng)等中依賴高精度電流反饋實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。高精度電流監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)向域控MCU反饋負(fù)載的工作電流，MCU通過(guò)調(diào)整PWM占空比，精準(zhǔn)控制電機(jī)扭矩、電磁閥開度、LED亮度等，實(shí)現(xiàn)更細(xì)膩的負(fù)載控制。同時(shí)，也能通過(guò)電流數(shù)據(jù)判斷負(fù)載是否正常工作（比如電磁閥是否正常吸合、電機(jī)是否堵轉(zhuǎn)），及時(shí)調(diào)整控制策略。

極端工作環(huán)境下的高系統(tǒng)魯棒性

車載環(huán)境存在強(qiáng)電磁干擾、電池電壓大幅波動(dòng)（比如啟動(dòng)時(shí)電壓驟降、拋負(fù)載時(shí)電壓驟升）、寬溫域變化等惡劣條件。VS-GND和VS-IS電壓鉗位能夠使芯片適應(yīng)電壓驟變，避免引起系統(tǒng)故障。VDS電壓鉗位和限流機(jī)制、絕對(duì)溫度和溫度梯度保護(hù)機(jī)制能夠有效避免長(zhǎng)距離布線在斷電/短路時(shí)因走線電感續(xù)流或過(guò)流而引起系統(tǒng)故障。

支持全生命周期的故障診斷與溯源

滿足ISO-26262功能安全的強(qiáng)制合規(guī)要求，在內(nèi)部故障診斷的基礎(chǔ)上（過(guò)流診斷、絕對(duì)溫度與溫度梯度診斷），憑借高精度的電流監(jiān)測(cè)有效區(qū)分正常波動(dòng)與真實(shí)故障，避免誤觸發(fā)、漏觸發(fā)，提升系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景，攻堅(jiān)高端嚴(yán)苛應(yīng)用

圖2、TPW4020DQ典型應(yīng)用框圖

TPW4020DQ將過(guò)流/短路限流、絕對(duì)與梯度過(guò)熱保護(hù)、輸出開路檢測(cè)、丟地/丟電源保護(hù)、過(guò)壓/欠壓保護(hù)等完備的診斷與保護(hù)功能集成于一體。在實(shí)際應(yīng)用中，扮演著三重角色——大功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)器、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的和故障風(fēng)險(xiǎn)熔斷器。

TPW4020DQ是對(duì)可靠性、安全性有極致要求場(chǎng)景的理想選擇，其應(yīng)用上可以覆蓋以下幾個(gè)方面：

新能源汽車熱管理與底盤控制

用于直接驅(qū)動(dòng)電子水泵、電子油泵、主動(dòng)懸架電磁閥等。TPW4020DQ峰值70A限流能力應(yīng)對(duì)啟動(dòng)沖擊，Latch保護(hù)在故障時(shí)快速隔離，高精度電流監(jiān)控用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)性維護(hù)，保障熱管理與行駛安全。

新能源汽車熱管理與底盤控制

在區(qū)域控制器中驅(qū)動(dòng)PTC加熱器、鼓風(fēng)機(jī)等TPW4020DQ電源反接保護(hù)特性，可避免裝配錯(cuò)誤導(dǎo)致的模塊損壞，提升系統(tǒng)容錯(cuò)性。

工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人關(guān)節(jié)控制

用于驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器、抱閘線圈等。TPW4020DQ出色的抗反電動(dòng)勢(shì)能力和反復(fù)短路承受力，能確保急停、保持等動(dòng)作的絕對(duì)可靠，保護(hù)設(shè)備與人員安全。

高端電源與能源基礎(chǔ)設(shè)施

在UPS、服務(wù)器電源中作為智能固態(tài)開關(guān)。超低損耗提升效率，精準(zhǔn)電流監(jiān)控用于負(fù)載管理與故障定位，強(qiáng)大保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障快速隔離。

在復(fù)雜的工作環(huán)境中，一些故障更是對(duì)高邊開關(guān)本身提出更加嚴(yán)苛的要求。圖3以帶4.7uH電感hard short短路（AEC-Q100-012）故障為例，觸發(fā)限流保護(hù)過(guò)程開關(guān)電流峰值高達(dá)73A，隨后觸發(fā)溫度梯度保護(hù)機(jī)制（關(guān)閉功率開關(guān)），電感續(xù)流使功率開關(guān)VDS電壓達(dá)到鉗位電壓（接近40V），鉗位過(guò)程最大電流高打50A，極高的瞬間功率給高邊開關(guān)的可靠性帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

圖3中TPW4020DQ在短路故障發(fā)生后開始計(jì)時(shí)，并通過(guò)溫度梯度保護(hù)機(jī)制不斷Retry，計(jì)時(shí)達(dá)到TRetry后將開關(guān)徹底關(guān)閉從而保護(hù)相關(guān)應(yīng)用。

圖3、輸出帶4.7uH hard short短路測(cè)試

TPW4020DQ特別的故障Retry和Latch保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)智能功率鎖止，使其能夠支持更大電容負(fù)載的應(yīng)用，圖4所示為TPW4020DQ通過(guò)內(nèi)部限流與溫度保護(hù)控制的多次Retry過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了輸出帶4.7mF電容的正常上電。而同樣條件下，國(guó)外競(jìng)品帶4.7mF電容的上電波形如圖5所示。

圖4、TPW4020DQ輸出帶4.7mF電容上電

圖5、友商A輸出帶4.7mF電容上電

TPW4020DQ的推出，是思瑞浦在高端智能高邊開關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵落子，精準(zhǔn)響應(yīng)了市場(chǎng)對(duì)高可靠性、高集成度國(guó)產(chǎn)功率器件的迫切需求，展現(xiàn)了思瑞浦以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，深耕汽車與工業(yè)核心市場(chǎng)的決心。

未來(lái)，思瑞浦將繼續(xù)圍繞系統(tǒng)級(jí)解決方案拓展產(chǎn)品組合，并與生態(tài)伙伴深化合作，致力于成為全球智能功率管理與驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)品牌。同時(shí)，思瑞浦也持續(xù)為客戶提供從定制化方案設(shè)計(jì)、快速響應(yīng)的技術(shù)咨詢到全生命周期供應(yīng)鏈保障的端到端支持，加速客戶產(chǎn)品上市，共贏智能化未來(lái)！

目前思瑞浦已推出多款車規(guī)級(jí)高邊驅(qū)動(dòng)芯片：

TPS42Q20xQ：40V、4通道、2A/CH集成故障檢測(cè)報(bào)錯(cuò)功能的高邊開關(guān)；

TPS42S40xQ：40V、單通道、4A高精度電流檢測(cè)的高邊開關(guān);

TPW20400xQ：15V、4/2通道、0.6A/CH、支持I2C通信、符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的高邊開關(guān)。

未來(lái)思瑞浦將會(huì)推出更多的多通道帶SPI的通訊接口的高邊驅(qū)動(dòng)，敬請(qǐng)期待！