车用MOSFET如何提高能量利用效率与质量可靠性(2)

　　突出显示的元件组成一个特性板，可以将其中的功能集成到MOSFET中。这些元件从右上角开始按顺时针方向为：温度感应二极管、电流传感器、钳位二极管（内部二极管，未显示）和门电阻器。通过加入钳位二极管和门电阻器众所周知的保护特性，可以保护对电压敏感的栅氧化层免受危险电场的破坏。

　　为在过高的温度环境下保护器件，飞利浦在芯片表面集成了温度感应二极管。这样集成的理由是：只有直接测量结温方可确保及时检测到会导致危险的高的门电路温度。为准确测量电流，可以将电流传感器集成到场效应晶体管（FET）中。这样，就不再需要低阻抗分流电阻器了。

　　温度感应

　　直接测量芯片温度的常规解决方案是增加一个比较器和若干无源元件。但是，随着设计的日益完善，出现了更好的解决方案。TrenchPLUS使用微控制器取代了比较器和无源元件。

　　由于准确度对MOSFET的温度测量至关重要，所以，我们就从该角度来说明此解决方案。理论上，温度传感器的准确度取决于以下三个因素：

　　正向电压Vf的误差；

　　温度系数值Sf的误差；

　　基准电压Vfref的选择。

　　图2更清楚地显示了这三个因素的影响。

　　图2：Ttrip随着Vf、Sf的变化而变化

　　从图中可以观察到Vf的内在变化给Ttrip增加了固定的偏移量。Sf的变化通过斜率的变化来表示。

　　温度系数太小可能导致器件在温度超过其最高工作温度时仍在工作，从而损害器件的寿命。反之，温度系数太高将导致在温度低于Ttrip时出现讨厌的错误关断。这两个因素都对采取的保护策略有影响。

　　为了计算总误差，应该将Vf和Sf的误差求和。请注意，如果测量Vf.的室温值，则器件的准确度将会翻一倍。可以通过调整Vfref来消除Vf的误差，从而只剩下与斜率相关的误差。可以用于实现此目的的最精确的技术就是获得每个器件的特性，但这对大多数产品线来说都不现实。

　　电流感应

　　无需使用低于1欧姆的精密功率电阻测量MOSFET内部电流的现实方法就是电流感应。即使低于1欧姆的分流电阻器也会产生大量的热损耗，影响到能量效率和整个系统的热平衡。

　　在电流感应中，将MOSFET单元的一小部分用于电流测量。由于器件中的所有单元都完全相同并且漏电流在这些单元之间平均分配，因此，可以通过测量一小部分单元的电流，再乘以已知的比例系数来计算总的漏电流。

　　飞利浦的7脚D2PAK用于将温度感应元件和电流感应元件连接起来。从主FET器件流向感应FET器件的电流比例称为“感应比例”（用n表示）。通过将测量终端和源终端保持在相同电压来定义此参数。例如，在飞利浦的TrenchPLUS器件中，此比例标称值为550。可以更改此比例以符合客户的具体要求。为了获得最高的准确度，包括有些设计人员在内，都会采用虚拟接地法而不是感应电阻法。但是，对于汽车应用而言，感应电阻法提供的解决方案成本更低，因此更适合汽车应用的要求。

　　感应电阻法

　　如上所述，可以在感应输出和开尔文源之间连接感应电阻器Rs，以便精确地测量电流。此方法提供简单的电流到电压的转换，而且该转换值可直接由微控制器的模数输入读取。