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      随着汽车行业电子电气架构的升级, 电气化、智能化和网联化进程加速, 车载电子系统对在线OTA升级和在线故障诊断提出了更高的需求, 因此车载中 控、 ADAS、BMS、 车身控制模块、域控制器等应用对高边智能开关芯片的需求也在日益增长。

    菠菜导航全讯推出业界领先的车规级单通道, 100 mΩ 智能高边开关 LNS 3710 0Q1 , 是继四通道 1000 mΩ /160 mΩ 智能高边开关量产后的第三颗高边开关芯片。可广泛用于驱动摄像头, 仪表, LED 灯, 继电器, 电磁阀, 电阻加热丝等负载元件。

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产品简介

LNS 37100Q1 的导通电阻为 100 mΩ , 持续工作电流可支持4 A , 具有高精度的电流检测功能, 支持多种故障状态诊断报错与保护; LNS 37100Q1 可以通过外部电阻灵活的配置输出限流值, 可以实现过流和短路保护 ; LNS 37100Q1 还具备失地保护和失电保护功能 ,  可以 极大地提高整个系统的安全性和可靠性。

LNS 37100 Q 1 系列分为 A、B 两个子版本。 LNS 37100 AQ 1 AJR 具有故障开漏状态输出功能, 当发生负载过流、负载短路到地、负载开路、过温等故障时, 高边开关能够迅速输出报错信号供控制器监控; LNS 37100 BQ1AJR 具有精确的电流检测功能,  便于控制器实时获取负载的工作情况。

LNS 37100 Q 1 具有以下特点:

• 通过 AEC-Q 100 Grade 1 验证
• 单通道 100 mΩ 智能高边开关
• 额定工作电流 4 A
• 电流检测零电流自校准功能
• CS 报错电压自适应箝位功能
• 可编程门限值限流保护
• 输出短路保护
• 失地保护和失电保护
• 感性负载关断时的负电压箝位保护
• 过温保护
• 负载开路和负载短电源诊断
• 输出过载和短路诊断
• -40 ~ 150 ℃ 的工作结温

TSSOP-EP14 (4.4mm x 5.0mm)

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产品亮点

A) 限流保护策略和优势

   LNS 37100 Q 1 具有内部限流模式和外部限流模式两种模式,外部限流模式支持外部电阻从 0.5 A 到 8A 线性配置输出限流值。在 内部限流模式下,当 CL 引脚开路或者短路到 GND 时, 输出限流值为 5 A 。

      传统的高边开关会在 CL 引脚电阻开路 (虚焊) 时, 将输出负载的电流限制到 0 A , 影响负载的正常工作。 LNS 37100 Q 1 会将 CL 引脚电阻开路时的限流值设定为 5 A , 从功 能安全角度而言, 这种机制可以将系统的单点失效转化为潜伏失效 , 对系统功能安全级别的提升有很大的帮助。

      上图对比了 CL 脚开路时传统智能高边开关与 LNS 37100 Q 1 的表现, 传统智能高边开关负载无法输出电流, LNS 37100 Q 1 可以正常输出4 A 负载电流。

   当 LNS 37100 Q 1 输出持续短路引起系统过温保护时, LNS 37100 Q 1 会对输出限流值进行降额。当芯片进入绝对过温保护状态时, 会将限流保护值自动降低到设定值的50%, 从而降低芯片和外部线缆的热应力, 提高系统的可靠性。下图可以很好地展示 LNS 37100 Q 1 从输出短路进入过温保护状态时限流点的调整过程。

B)硬短路限流策略和优势

      硬短路 ( Hard Short ) 是智能高边开关中的常见故障现象。当应对此类故障时, 限流功能虽然最终能够实现对短路电流的箝制, 但由于限流回路需要一定的时间响应 ,  因此在短路瞬间会出现高达几十安培的过冲电流, 给系统的安全运行带来极大的威胁。

      针对硬短路故障, LNS 37100 Q 1 提供了限流保护的快速 响应环路, 当有较大的短路过冲电流出现时, 该环路具有更快的响应速度 , 能够快速关断高边开关的输出 , 从而有效抑制短路时的过冲电流 , 保证系统长期安全的运行。

上图对比了传统智能高边开关和 LNS 37100 Q 1硬短路瞬间的冲击电流。传统智能高边开关在短路瞬间的过冲电流高达40.6 A , 得益于快速限流环路, LNS 37100 Q 1在短路瞬间过冲电流仅为27.3 A 。

C) 电流检测策略和优势

LNS 37100 BQ 1 AJR 具备电流检测零电流自校准技术, 可以将 25 mA 负载下的电流检测精度提升到 ± 10% 。

      LNS 37100 BQ 1 AJR 会在如下2种工况下进行零电流自校准:

• 待机状态下, 从 DIAG_EN OFF 转换为 DIAG_EN ON 时;
• 正常工作状态下, 检测到 DIAG_EN 上升沿时;

      在 VS 不断电的情况下, 可以通过控制 DIAG_EN 引脚电平触发零电流自校准功能 , 以消除电流检测电路内 部运放输入失调电压漂移对检测精度的影响 , 实现对输出电流的精准检测。

      基于零电流自校准带来的高精度电流采样优势, LNS 37100 Q 1 可以在 MOSFET 导通时实现负载的开路检测 , 并且可以省掉检测负载开路所需的外部电阻 , 节省系统待机功耗。

       对于 LNS 37100 AQ 1 AJ R , 若负载电流小于 12 mA , LNS 37100 AQ 1 AJR 会 认为当前负载处于开路状态, ST 管脚输出低电平报错。对于 LNS 37100 BQ 1 AJR 而言, 用户可通过采样 CS 管脚的电压, 来判断负载是否处于开路状态。

D) CS引脚报错策略和优势

      在汽车应用中, 通常会使用 MCU 和智能高边开关进行实时交互,  通过高边开关的故障( ST) 输出引脚, 电流采样( CS )输出引脚的输出电压,  来判断输出负载的运行状态, 同时实现对智能高边开关的控制。

      传统的高边开关会存在当 MCU 3.3 V 供电时 CS 引脚输出报错电压为 5 V 的情况, 此时需要额外的分压电阻网络/箝位电路将 CS 引脚的报错电压限制到适配 MCU I/O 口的电压范围。 LNS 37100 BQ 1 AJR 集成了 CS 引脚报错箝位电压 ( V _{CS, H} ) 自适应技术, 通过 DIAG_EN 引脚电压可以得到 MCU 的供电电压后,调节 V _CS,H使其不超过 MCU I/O 口的电压范围, 自动实现智能高边开关与 MCU 之间的电压匹配。

该技术可有效避免 CS 引脚报错电压和 MCU I/O 口电压不匹配所引起的交互异常问题, 简化用户设计 。

E) 反向电流保护策略

      当 输出短接至电池故障 (VOUT > VS )发生时, 智能高边开关会存在从 VOUT 引脚流至VS引脚的反向电流 ( Inverse Current )。若智能高边开关的功率 MOSFET 处于关断状态, 反向电流会全部由 MOSFET 的体二极管流过,  过大的体二极管功率损耗会引起 MOSFET 温度急剧上升, 甚至引起 MOSFET 的损坏。

    为了避免反向电流流过体二极管时功率损耗带来的影响, LNS 37100 Q 1 可以实现 Inverse On 的功能 , 当用户检测到输出短接至电池故障时通过软件使能 IN 来 控制 MOSFET 导通 , 使 反向电流 流过 MOSFET 的沟道 , 大幅减小高边开关的损耗。

F) 完善的系统应用验证

LNS 3 7100 Q 1 会通过完善的测试来保证在实际车载应用中的安全性和可靠性, 包括:

• 车规可靠性测试报告,  AEC-Q 100 ( CNAS 实验室认证)
• 菠菜论坛可靠性加严测试,  AEC-Q 100 Grade 1 加严 ×2 测试, 满载 HTOL 测试
• 开关器件短路测试报告, AEC-Q 100-012
• 系统EMC测试报告, CISPR 25-2016 Class 5
• 电 源瞬态抗干扰测试报告,  ISO 7637/ ISO 16750

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应用场景

  LNS 37100 Q 1 是一款单通道, 4 V 至 36 V 的宽输入电压范围, 带完整诊断和保护功能的智能高边开关。 该芯片可以广泛应用对于安全等级要求较高的车载系统应用中, 如：

• 车载中控和 ADAS 应用
• BMS 应用
• 车身控制模块
• 域控制器
• 通用的阻性, 感性和容性负载

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