汽車功能電子化的關鍵步驟之一是將內燃機 (ICE) 與電動機結合起來，研發出輕度混合動力汽車 (MHEV)。作為邁向汽車功能全面電子化的重要里程碑，MHEV 成為了許多還未準備好過渡到全電動汽車的駕駛員的熱門選擇。由于 12V 系統已接近極限，汽車行業現在正遷移至 48V 系統。這種轉變旨在增加可用功率，減小線束和連接器尺寸，并支持額外的電氣設備和更高的功耗。本文為48V起動發電機系統方案指南第二部分，將介紹方案概述。

方案概述

起動發電機主驅驅動、電源和接口器件的框圖

圖1.方案概述

起動發電機（BSG、ISG）主驅驅動裝置與其他電動汽車（BEV、PHEV）的逆變器結構非常相似，但前者在 48V 電壓水平下運行。80V 和 100V MOSFET 用于從 48V 電池獲取電流，以將交流電流施加到電機繞組。柵極驅動器產生 PWM 信號，從而以所需頻率切換 MOSFET。半橋 APM 配置為驅動三相和六相電機，是功率分立器件的替代方案。

電流檢測放大器 (CSA) 用于監測施加到電機相繞組的電流，它可以與各種信號處理和傳感器數據調理器件配合使用。EEPROM 用于存儲參數。CAN 和 LIN 收發器確保汽車網絡內的通信快速且可靠。為了支持 MCU 操作，具有快速瞬變箝位能力和低電容的 ESD 保護器件可保護關鍵信號的完整性。

電源逆變器 – 三相或六相電機設計

BSG/ISG 設備是能夠接受 48V 電壓的永磁或感應電機。傳統上，相繞組由專用三相逆變器網絡驅動，6 個電源開關排列為 3 個半橋，使用 80V 或 100V 功率溝槽 MOSFET。

六相逆變器是一種更先進的方法，可帶來更好的性能，包括更高的效率、更寬的扭矩范圍、更好的起動扭矩、極小的扭矩波動和更輕微的噪音。在六相方法中，電源開關的數量增加一倍。當某個電機相出現故障并與系統脫離時，六相方法還能保證系統繼續運行。

脈沖寬度調制 (PWM) 技術和高級電機控制開關模式將電壓施加到感應電機的三個繞組上，通過電機的各相產生交流電流，從而得到驅動車輛所需的扭矩。通過改變控制電機轉速和扭矩的 PWM 換向模式，可以調整交流電流的幅度和頻率。

安森美（onsemi）提供適合 BSG/ISG 設計的先進半導體技術。高功率分立 MOSFET 和集成功率模塊方案針對電機控制和其他 48V 應用進行了優化。

T10 分立 MOSFET采用屏蔽柵極溝槽技術，具有超低 RDS(ON)、低噪聲、低 EMI、最小化過沖和業界領先的體二極管（低 Qrr、Trr）等特性。T10 旨在增強性能、提高效率、減少振鈴、最大限度地降低過沖和噪聲。

APM17 系列（APM = 汽車功率模塊）是一系列集成雙半橋（兩相）模塊，可輕松進行外部連接以形成支持兩倍相電流的單半橋。三個模塊可配置為驅動三相電機或六相電機的電源逆變器。圖 2 顯示了采用 APM17 模塊的三相和六相配置。

圖 2：3 個 APM17 模塊組合成三相或六相電機驅動配置

T10 MOSFET 技術：40V-80V 低壓和中壓 MOSFET

T10 是安森美繼 T6/T8 成功之后推出的最新技術節點。新的屏蔽柵極溝槽技術提高了效率，降低了輸出電容、RDS(ON) 和柵極電荷 QG，改善了品質因數。T10-M 采用特定應用架構，具有極低的 RDS(ON) 和軟恢復體二極管，專門針對電機控制和負載開關進行了優化。另一方面，T10-S 專為開關應用而設計，更加注重降低輸出電容。雖然會犧牲少量的 RDS(ON)，但整體效率更好，特別是在較高頻率時。

RDS(ON) 和柵極電荷 QG 整體降低，Rsp（RDS(ON) 相對于面積）更低

改進的 FOM (Rds x Qoss/QG/Qgd) 提高了性能和整體效率。

業界領先的軟恢復體二極管（Qrr、Trr）降低了振鈴、過沖和噪聲。

借助 T10，電源逆變器可以設計為高效的分立方案，允許將柵極驅動器放置在 MOSFET 附近，使電流路徑更短。除了逆變器外，T10 還可以服務于各種需要 40V 和 80V MOSFET 的新型 48V 應用和傳統 12V 應用。此外，T10 100V MOSFET 目前正在開發中。

表 1 比較了 80V T8/T10 MOSFET 兩代產品。第一個比較的是相同芯片尺寸的 MOSFET。T10 成功將 RDS(ON) 從 1.7 mΩ 降低至 1.24 mΩ，同時保持柵極電荷不變。第二個比較涉及相同的最大 RDS(ON)，但 T10 的芯片尺寸更小。另一方面，它還顯著降低了總柵極電荷。

表 1：安森美 T8 與 T10 80V MOSFET 技術及主要器件參數對比

晶圓減薄

對于低壓 FET，襯底電阻可能占 RDS(ON) 的很大一部分。因此，隨著技術的進步，使用較低電阻率的襯底和減薄晶圓變得至關重要。在 T10 技術中，安森美成功減小了晶圓厚度，從而將 40V MOSFET 中襯底對 RDS(ON) 的貢獻從約 50% 減少到 22%。更薄的襯底也提高了器件的熱性能。

T10 MOSFET 技術：競爭優勢

下表顯示了與具有類似參數的競品器件相比，安森美 40V T10 MOSFET 所具有的優勢。

表 2：安森美 T10 40V 最佳性能產品

SO – 8FL (DFNW5)

表 3：安森美與競爭對手對比：≈1 m? RDS(ON) 40V 器件規格

μ8FL (WDFNW8)

頂部散熱封裝 (TCPAK57)

MOSFET 憑借出色的功率能力和緊湊的尺寸而受到青睞。然而，傳統 SMD 的散熱效果并不理想，熱量主要通過 PCB 散發。

為解決這個問題，并進一步縮小應用尺寸，業界開發了一種新的頂部散熱 MOSFET 封裝，即讓 MOSFET 的引線框架（漏極）在封裝的頂部暴露出來。這種方法避免了通過 PCB 散熱。TCPAK57 是緊湊型 5.1 x 7.5 mm 封裝。

NVMJST0D9N04C 40V 版本具有最低的 RDS(ON) - 1.07 mΩ。

NVMJST2D6N08H 80V 版本具有最低的 RDS(ON) - 2.8 mΩ。

TCPAK57，MOSFET 封裝頂部露出漏極。

適用于 48V 電源逆變器的汽車功率模塊 APM17

APM17 是一系列集成 80V MOSFET 模塊，提供多種封裝，專為 48V MHEV 和低壓主驅應用的大電流、高功率密度需求而設計。三個模塊可以配置為驅動三相或六相電機。每個 APM17 模塊由 2 個高邊和 2 個低邊 80V MOSFET 組成，通過組合 2 個相輸出電源端子，這些 MOSFET 可以連接為雙半橋或單半橋。

APM 憑借低雜散電感和更好的電磁干擾 (EMI) 性能，將高度集成且緊湊的設計提升到新的水平。功率 MOSFET 芯片彼此靠近且包含在同一個封裝內，這樣可以減少封裝寄生效應，為最大 VDS 電壓提供更多的裕量，并降低開關損耗。高效的電流處理使得 PCB 中無需高電流路徑。

該系列有多種絕緣陶瓷 DBC 襯底可供選擇，以提供標準和高級熱性能。多種 RDS(ON) 額定值（每個 MOSFET 0.58 m? - 0.76 m?）可滿足最終用戶的電流需求，多樣的引腳排列選項可支持不同的系統設計。

AMP17 系列示例：NXV08H250DT1,NXV08H400XT1

APM17 系列特性和參數：

低雜散電感：APM17 可使 25kW 48V 逆變器系統的總雜散電感小于 15nH。

低結至外殼熱阻 RTHJC：介于 0.19°C/W和 0.54°C/W之間。

緊湊的設計降低了模塊總電阻。

采用雙 R&C 緩沖器（1Ω、15nF），EMI 性能更佳。

每個模塊都配有一個溫度檢測 NTC，25°C 時的阻值為 10 kΩ。

高壓隔離測試電壓為 3 kVAC，持續 1 秒。

封裝種類：標準引腳、壓合式引腳、PCB 側裝引腳。

封裝尺寸：45 x 30 x 5 mm

APM17 雙半橋模塊

適用于 MHEV 和 48V 應用的汽車功率模塊 (APM)

安森美還有其他 APM 系列，提供多種封裝，專為 48V 配件、48V 電池開關和 DC-DC 轉換器而設計。APM12、APM19 和 APM21 具備不同的配置和特性，所有功能都集成到單個模塊中。

單個模塊中集成多個電源開關，支持更高的功率密度，使系統的熱效率和電效率更高、重量更輕、尺寸更小。當集成完整應用時，APM 可提供更多價值。系統層面上可顯著節省成本：機械設計和封裝技術是節省成本的關鍵因素。

表 4：APM 在 MHEV 48V 架構中的應用

APM12 是一款經過驗證、可靠、尺寸較小的 80V 單相逆變器模塊，NXV08A170DB2 具有電流檢測、溫度檢測功能和緩沖電路。n 個 APM12 模塊可以堆疊起來，變成 n 相電機逆變器。

NXV10V160ST1 APM21 集成了六個 100V MOSFET（3 個半橋），RDS(ON) 為 1.8 m?，RTHJC 為 0.36 °C/W。同時還集成了 R＆C 緩沖器和用于溫度檢測的 NTC。它可以處理典型的 48V 三相大功率輔助應用，如電動渦輪增壓器、暖通空調電動壓縮機、各種泵和風扇。

APM19 模塊：集成了三相 MOSFET 橋（六個 80V MOSFET）、用于電流檢測的精密分流電阻、用于溫度檢測的 NTC 以及 R＆C 緩沖電路。

FTC03V85A1 針對構建 1.5kW 48V-12V 交錯式 DC-DC 轉換器拓撲進行了優化。兩個模塊可以構成一個六相 3kW 轉換器。最大 RDS(ON) 為 2.6 - 3.5m?，RTHJC 為 1.0 °C/W。

NXV08V110DB1 是經過優化的三相逆變器橋，適用于 48V 配件和電動助力轉向使用的變速電機驅動。

80V 和 100V MOSFET 柵極驅動器：起動發電機應用

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 是 110V、2.5A 多功能車用單通道浮柵驅動器，適合驅動高達 110 V 的高速功率 MOSFET。這些驅動器專為 48V BSG/ISG 和其他 48V 應用而設計，具有去飽和保護、軟關斷、故障報告功能、欠壓鎖定保護等特性。集成電荷泵支持 100% 占空比操作（僅限 FAD3171MXA）。可耐受嚴重負瞬變和高達 ?80 V 的接地偏移。

主動系統故障保護

通過控制高邊或低邊的柵極驅動器故障 FLT 引腳，可以實現主動系統短路保護。這樣在檢測到故障時，可以在很短的響應時間內關閉受影響的通道。主動系統故障保護可以防止 48 V 供電網絡中的過壓情況和干擾，同時使電機處于安全狀態，提高 48V BSG/ISG 等電機控制應用的安全性。

為使電機產生的電流可以在電機繞組中放電，可以在微控制器內對相反通道的主動導通進行編程（圖 3 上的 FLT-高、FLT-低）。應用手冊 AND90251/D 介紹了如何對高邊和低邊 MOSFET 上的微控制器故障控制邏輯進行編程。

圖 3 顯示了具有主動系統保護功能的電機控制應用示例，并突出顯示了電流流向。

圖 3：三相電機控制應用中的柵極驅動器，在主動系統保護下運行

NCV77320 電感位置傳感器接口

NCV77320 是一款電感位置傳感器接口器件，與 PCB 結合可形成一個用于精確測量角度或線性位置的系統。這款傳感器適合電動汽車和燃油車中安全攸關的應用。它在冗余應用中最高能達到 ASIL D 安全性等級。NCV77320 主要設計為用于油門踏板應用，但如果轉速（最大 10 800 RPM）和輸出協議匹配，它也可用于任何需要精確位置檢測的旋轉和線性應用。

選擇安森美先進的電感技術可提高 EMC 穩健性，尤其是在直流領域。與基于磁鐵的方案不同，電感技術因其結構而不受雜散磁場的影響。與使用磁鐵的方案相比，這是一個重要優勢，因為隨著汽車功能電子化，強直流電流會越來越多。

NCV77320 系統對溫度變化不敏感。

易于實現冗余：兩個傳感器可以堆疊，實現精準對齊。

提供 3 個輸出通信接口：模擬輸出、SENT 接口（快速和慢速通道）、SPI 通道。

NCV77320 的校準過程可利用評估套件硬件和 GUI 軟件。

電子保險絲 (eFuse) NIV3071

NIV3071 eFuse 可以保護最多 4 個獨立的 48V 或 12V 下游負載，使它們免受輸出短路、過載和過電流事件的影響。一個電源可以安全地驅動 4 個受保護的獨立負載，每個負載以 2.5A 連續電流運行。eFuse 可以配置為單通道保護，驅動高達 10A 的單個連續負載電流。

eFuse 可以通過構建冗余網絡來提高 48V 電氣架構的穩健性和可靠性。5x6mm 小型封裝。

非常適合實現汽車區域控制器（區域控制架構），確保整個車輛的局部 ECU 受到保護且穩健可靠。

WQFN16，5x6 mm，外殼 510CM

NCV2023x 系列低功耗運算放大器

NCV2023x 是低功耗運算放大器系列，具有 2.7 V 至 36V 的寬電源范圍，電源電流為 0.595 mA，25°C 時輸入失調電壓低至 ±0.95 mV（最大值）。它在實現低失調電壓的同時并未犧牲性能，也避免了精密運算放大器的高成本。軌到軌輸出支持更寬的動態工作范圍。輸出電壓擺幅更接近供電軌，輸出性能不會出現任何下降。

提供單通道配置 - NCV20231、雙通道配置 - NCV20232 和四通道配置 - NCV20234。

失調電壓：±0.95 mV（最大值，25°C）

單位增益帶寬：3MHz

失調漂移：±2μV/°C（最大值）

CMRR：VSS 至 (VDD–1.35)V

NCV2023x 運算放大器系列是各種功能塊和電子控制單元中傳感器信號調節應用的理想選擇。電流檢測能力：高邊電流檢測高達 36V 共模。低邊電流檢測為共模至地。

NCV7041 電流檢測放大器

NCV7041 是一款高電壓、高分辨率電流檢測放大器。它提供 14、20、50 和 100 V/V 的增益選項，在整個溫度范圍內最大增益誤差為 ±0.3%。共模輸入電壓范圍非常寬，為 ?6 V 至 80 V。NCV7041 可以在各種汽車應用中通過檢測電阻執行單向或雙向電流測量。

增益帶寬：100kHz

輸入失調電壓：±300 μV（最大值）

輸入失調漂移：±3μV/°C（最大值）

CMRR：85dB（最小值）

NCV2023x 運算放大器系列是各種功能塊和電子控制單元中傳感器信號調節應用的理想選擇。電流檢測能力：高邊電流檢測高達 36V 共模。低邊電流檢測為共模至地。

NCV7041 電流檢測放大器

NCV7041 是一款高電壓、高分辨率電流檢測放大器。它提供 14、20、50 和 100 V/V 的增益選項，在整個溫度范圍內最大增益誤差為 ±0.3%。共模輸入電壓范圍非常寬，為 ?6 V 至 80 V。NCV7041 可以在各種汽車應用中通過檢測電阻執行單向或雙向電流測量。

增益帶寬：100kHz

輸入失調電壓：±300 μV（最大值）

輸入失調漂移：±3μV/°C（最大值）

CMRR：85dB（最小值）

NCV8730 寬輸入電壓范圍 LDO

NCV8730 是新一代 CMOS LDO 穩壓器，支持高達 38V 的輸入電壓和 150mA 的輸出電流。僅 1μA 的超低靜態電流使該器件成為“始終開啟”應用的理想方案。此外，它還提供出色的負載/線路瞬態調節功能，以及可復位 MCU 的輸出 Power-Good 功能。可用封裝：TSOP-5 和 WDFN-6。

支持汽車瞬變應用

非常適合“始終開啟”的應用

可抑制浪涌電流以保護 IC

可復位 MCU 以避免故障

1.2V to 24V

提供固定和可調電壓選項：1.2V 至 24V

輸出電流為 150mA、輸出電壓為 3.3V 時，典型壓降為 290mV