虽然之前曾多次说过，但汽车电气环境却很艰难！如图1所示，由于负载瞬变和感应场衰减，汽车的标称电池电压可以在-12V DC（在电池反接条件下）到+ 125V DC之间变化。 因为工作温度变化很大，互连很多，开放式环境可能会受到人为干扰造成的ESD损害，并且您的操作环境比例如消费者市场领域更具挑战性。
图1.汽车电池电压变化的原因。
汽车行业需要具有成本效益且完全可靠的解决方案，但这种潜在的破坏性环境对现代汽车中普遍存在的无数控制功能所需的功率半导体器件构成巨大挑战。
已经证明，诸如标准MOSFET之类的功率半导体对于许多汽车应用而言不够坚固。 电感尖峰和负载突降是瞬变，需要更大的MOSFET或外部钳位来吸收能够破坏MOSFET的能量。 这两种选择都增加了离散设计的成本和复杂性。
由Diodes Incorporated开发的自保护MOSFET采用单片电路拓扑解决了这一问题，该拓扑采用了钳位和其他保护功能，可为驱动继电器，LED和其他感性负载提供更可靠，成本更低/尺寸更小的解决方案。
Diodes Incorporated的DMN61D8LQ是一款采用SOT-23封装的钳位拓扑结构，自保护MOSFET，经过优化，可满足汽车继电器驱动的成本和性能要求。 它在输入端具有ESD保护，在输出端具有有源漏极钳位。 后者在切换继电器时特别有用，因为由于它们的电感特性，在停用继电器时可能产生大的瞬态，并且这些瞬变有可能破坏未受保护的MOSFET。
如图2所示，MOSFET的栅极和漏极连接之间的背靠背齐纳堆栈是这种低侧有源钳位配置的关键组件。 钳位电压由齐纳堆电压设置，设计为小于MOSFET漏极 - 源极结的雪崩击穿电压，但足够高，不能在正常工作时触发。
图2.低端有源过压钳位的等效电路。
这意味着当MOSFET关断时，即器件输入接地，漏极引脚电压上升到齐纳堆电压以上时，电流将通过齐纳二极管和输入电阻流到地。 然后，当MOSFET栅极产生的电压接近其阈值时，MOSFET将开始导通并吸取负载电流。
这确保了由去激活继电器产生的感应能量被在其正常有源区域中操作的功率MOSFET吸收，而不是在反向雪崩模式中更局部地耗散能量。 并且，由于钳位电压低于雪崩电压，MOSFET在钳位模式下消耗的瞬时功率低于雪崩模式，从而提供更大的能量处理能力。
为了进一步应对瞬态，自保护MOSFET（如Diodes Incorporated 的ZXMS6004FFQ）采用全保护拓扑结构，该拓扑结构包含过温和过流保护电路。 从图3的框图中可以看出，这是一个过压和ESD输入保护的补充。 该器件采用小尺寸SOT-23封装，比同类SOT223封装零件小6倍，引领行业发展。
图3. Diodes的ZXMS6004FFQ MOSFET 的自我保护功能。
这种自保护MOSFET使用温度传感器和热关断电路来防止温度过高。 当MOSFET导通时该电路有效，并且一旦超过阈值温度（通常为175°C）就触发该电路。 这会关闭MOSFET，中断电流以限制进一步的散热。 内置迟滞允许输出在设备冷却约10°C后自动重新打开。
白炽灯在关闭时具有低电阻，当灯接通和加热时，白炽灯迅速增加。 采用限流电路实现的过流保护不仅可以防止故障，还可以避免与灯的低导通电阻相关的高浪涌电流。 电流限制电路检测到由过大的负载电流引起的MOSFET漏极 - 源极电压（VDS）的显着增加，并通过减少内部栅极驱动和限制漏极电流（ID）来作出反应。 该功能可保护MOSFET并延长灯的寿命，其性能如图4所示。
图4.显示电流限制功能的典型输出特性。
虽然这些保护电路是独立实现的，但它们通常组合起来。 例如，过电流调节可以运行一段时间，但可能无法阻止温度最终达到超温循环将启动的阈值。
凭借其内置保护功能，自保护MOSFET为各种汽车应用中的开关负载提供了经济高效的解决方案。 它们的固有特性提高了系统可靠性，而与竞争器件相比，Diodes Incorporated的SOT-23封装器件尺寸小，可节省大量空间和成本。
Author: Ian Moulding, Automotive Marketing Manager
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