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。為滿足高端市場對性能、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。

國產(chǎn)首發(fā)的大功率單die高邊開關(guān)方案

TPW4020DQ的問世，標(biāo)志著思瑞浦在智能功率器件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了多項關(guān)鍵突破。它并非一個簡單的功率開關(guān)，而是一個集“驅(qū)動、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)勢源于創(chuàng)新的VDMOS + BCD集成工藝平臺與更全面的保護(hù)功能。國產(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性能產(chǎn)生影響，可靠性不如單芯片集成方案。

TPW4020DQ是國產(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標(biāo)國際廠商, 保護(hù)功能包括：過流/短路限流，以支持更嚴(yán)苛的大電容上電場景；絕對過熱自保護(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)過流能力

輸出2A時，電流檢測精度達(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，集成了高精度的實時負(fù)載電流監(jiān)控功能（在2A以上負(fù)載電流時，精度達(dá)到±4%）和多種電壓鉗位保護(hù)機制；

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)對數(shù)倍于典型應(yīng)用場景的浪涌電流如電機啟動場景。

獨特的保護(hù)機制實現(xiàn)大容性負(fù)載上電

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

高標(biāo)準(zhǔn)可靠性測試，從容應(yīng)對車載極端電壓沖擊

在測試驗證方面，TPW4020DQ還通過了ISO 7637-2、ISO16750-2標(biāo)準(zhǔn)車規(guī)波形測試、AEC-Q100-012重復(fù)短路可靠性測試和感性負(fù)載退磁Emax極限測試，其中AEC-Q100-012對高邊開關(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)短路測試（>1000000次）后，仍能保證芯片的正常功能。此外，TPW4020DQ實現(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打開功率開關(guān)，后者可以在正常工作OUT反灌電流時仍保證功率開關(guān)不會被誤關(guān)斷，從而實現(xiàn)對功率開關(guān)的保護(hù)。

表1、TPW4020DQ主要指標(biāo)對比

賦能客戶設(shè)計

在中高端市場上，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，贏得市場認(rèn)可，是芯片廠商在產(chǎn)品開發(fā)過程中的最大難題之一。

思瑞浦采用“性能對標(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，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)計能力、穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)上都已經(jīng)實現(xiàn)國內(nèi)領(lǐng)先水平，導(dǎo)通阻抗低至20mΩ，同時單die設(shè)計方案相較于合封方案寄生參數(shù)更小、集成度更高，可滿足眾多類型場景需求，這是構(gòu)建競爭優(yōu)勢的基礎(chǔ)。

TPW4020DQ立足于工程師的實際設(shè)計需求，從四個方面構(gòu)建了全方位的客戶價值。

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，與國際主流競品引腳兼容，便于客戶快速替換與升級。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)一步實現(xiàn)了電源反接耐受——即使在現(xiàn)場接線接反的意外情況下，芯片也能避免立即損壞，為系統(tǒng)提供了寶貴的容錯能力。

全場景的負(fù)載監(jiān)控與線束可靠保護(hù)

實時高精度的電流監(jiān)控、豐富的診斷與保護(hù)機制。以車載系統(tǒng)為例，其電動助力轉(zhuǎn)向電機、制動電磁閥、座椅調(diào)節(jié)電機、LED燈光系統(tǒng)等中依賴高精度電流反饋實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。高精度電流監(jiān)測可以實時向域控MCU反饋負(fù)載的工作電流，MCU通過調(diào)整PWM占空比，精準(zhǔn)控制電機扭矩、電磁閥開度、LED亮度等，實現(xiàn)更細(xì)膩的負(fù)載控制。同時，也能通過電流數(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、電機是否堵轉(zhuǎn)），及時調(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)境存在強電磁干擾、電池電壓大幅波動（比如啟動時電壓驟降、拋負(fù)載時電壓驟升）、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電壓鉗位和限流機制、絕對溫度和溫度梯度保護(hù)機制能夠有效避免長距離布線在斷電/短路時因走線電感續(xù)流或過流而引起系統(tǒng)故障。

支持全生命周期的故障診斷與溯源

滿足ISO-26262功能安全的強制合規(guī)要求，在內(nèi)部故障診斷的基礎(chǔ)上（過流診斷、絕對溫度與溫度梯度診斷），憑借高精度的電流監(jiān)測有效區(qū)分正常波動與真實故障，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)用場景，攻堅高端嚴(yán)苛應(yīng)用

圖2、TPW4020DQ典型應(yīng)用框圖

TPW4020DQ將過流/短路限流、絕對與梯度過熱保護(hù)、輸出開路檢測、丟地/丟電源保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)等完備的診斷與保護(hù)功能集成于一體。在實際應(yīng)用中，扮演著三重角色——大功率負(fù)載驅(qū)動器、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測器的和故障風(fēng)險熔斷器。

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

新能源汽車熱管理與底盤控制

用于直接驅(qū)動電子水泵、電子油泵、主動懸架電磁閥等。TPW4020DQ峰值70A限流能力應(yīng)對啟動沖擊，Latch保護(hù)在故障時快速隔離，高精度電流監(jiān)控用于狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測性維護(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PTC加熱器、鼓風(fēng)機等TPW4020DQ電源反接保護(hù)特性，可避免裝配錯誤導(dǎo)致的模塊損壞，提升系統(tǒng)容錯性。

工業(yè)伺服驅(qū)動與機器人關(guān)節(jié)控制

用于驅(qū)動制動器、抱閘線圈等。TPW4020DQ出色的抗反電動勢能力和反復(fù)短路承受力，能確保急停、保持等動作的絕對可靠，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，強大保護(hù)實現(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)的可靠性帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

圖3中TPW4020DQ在短路故障發(fā)生后開始計時，并通過溫度梯度保護(hù)機制不斷Retry，計時達(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短路測試

TPW4020DQ特別的故障Retry和Latch保護(hù)機制，實現(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通過內(nèi)部限流與溫度保護(hù)控制的多次Retry過程，實現(xiàn)了輸出帶4.7mF電容的正常上電。而同樣條件下，國外競品帶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)了市場對高可靠性、高集成度國產(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，深耕汽車與工業(yè)核心市場的決心。

未來，思瑞浦將繼續(xù)圍繞系統(tǒng)級解決方案拓展產(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)動領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)品牌。同時，思瑞浦也持續(xù)為客戶提供從定制化方案設(shè)計、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！

目前思瑞浦已推出多款車規(guī)級高邊驅(qū)動芯片：

TPS42Q20xQ：40V、4通道、2A/CH集成故障檢測報錯功能的高邊開關(guān)；

TPS42S40xQ：40V、單通道、4A高精度電流檢測的高邊開關(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)。

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