CASE是汽車行業(yè)和車載半導(dǎo)體領(lǐng)域的關(guān)鍵詞，代表智能互聯(lián)（Connected）、自動(dòng)駕駛（Autonomous）、共享出行（Shared）和電動(dòng)化（Electric）的發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)論是開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的汽車組件還是開(kāi)發(fā)嵌入式軟件，都必須符合ISO 26262道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，汽車設(shè)備中采用的半導(dǎo)體器件等也不例外。
事實(shí)上，系統(tǒng)越復(fù)雜，出現(xiàn)系統(tǒng)性故障和隨機(jī)硬件故障的風(fēng)險(xiǎn)也越大。汽車安全完整性等級(jí)（ASIL）正是ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵組成部分，恰恰可以用來(lái)衡量特定系統(tǒng)組件的風(fēng)險(xiǎn)，為汽車安全提供重要保障。
東芝推出的TB9083FTG則支持ASIL-D安全標(biāo)準(zhǔn)，非常適用于對(duì)安全性要求特別高的應(yīng)用，例如汽車線控底盤等。該產(chǎn)品對(duì)此前的TB9081FG柵極驅(qū)動(dòng)IC的升級(jí)有助于實(shí)現(xiàn)汽車電氣化。
柵極驅(qū)動(dòng)IC功能特性分析
作為一款車載3相無(wú)刷電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)IC，東芝TB9083FTG具有三大優(yōu)勢(shì)：一是高集成度，其集成了安全繼電器驅(qū)動(dòng)電路；二是采用小型封裝，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化；三是具有高性價(jià)比，內(nèi)置了用于外部MOSFET的自診斷功能。
內(nèi)部方框圖和應(yīng)用電路示例
首先，TB9083FTG內(nèi)置3個(gè)繼電器運(yùn)行輸出通道，其中一個(gè)是電源繼電器，可以在異常情況下關(guān)閉電源；另一個(gè)是防反接保護(hù)繼電器，用來(lái)防止電池反向連接時(shí)由GND流向電源的大電流導(dǎo)致的致命故障；還有一個(gè)通道用于電機(jī)繼電器，可以在異常情況下斷開(kāi)電機(jī)與控制系統(tǒng)的連接。通過(guò)這些繼電器可以提高其應(yīng)用的安全等級(jí)，在電機(jī)或外部MOSFET等出現(xiàn)異常情況時(shí)切斷電氣連接。
使用和未使用安全繼電器的示例
TB9083FTG的主要改進(jìn)是通過(guò)冗余、ABIST（模擬內(nèi)置自檢）和LBIST（邏輯內(nèi)置自檢）電路實(shí)現(xiàn)功能的穩(wěn)定性，從而滿足ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的要求。在功能冗余方面，TB9083FTG內(nèi)置兩個(gè)帶隙參考電壓電路，并新增了兩個(gè)內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路（OSC），目的是盡量減少相關(guān)故障的發(fā)生。另一方面，ABIST和LBIST負(fù)責(zé)檢查內(nèi)部診斷功能是否工作正常，其結(jié)果通過(guò)SPI通信讀出。
此外，通過(guò)集成電流感應(yīng)放大器電阻，減少了外部元器件的數(shù)量，并有助于減小ECU的尺寸。由于采用了外部MOSFET自診斷電路，利用內(nèi)置定序器和驗(yàn)證電路可檢測(cè)外部MOSFET每相上橋臂和下橋臂的中點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)路和短路故障，通過(guò)讀取檢測(cè)結(jié)果，可減少軟件工作量，并縮短客戶應(yīng)用的啟用時(shí)間。
傳統(tǒng)系統(tǒng)與TB9083FTG解決方案對(duì)比
該產(chǎn)品采用7.0 mm×7.0 mm小型VQFN48封裝，表貼面積較TB9081FG減少大約66%（經(jīng)驗(yàn)證可在表貼溫度循環(huán)測(cè)試中承受3,000次循環(huán)），可以實(shí)現(xiàn)印刷電路板的小型化�？珊稿a側(cè)翼引腳封裝在引線表面留下一些鍍層，便于使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）系統(tǒng)對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行目檢，有助于提高焊點(diǎn)的可靠性。
表貼溫度循環(huán)測(cè)試結(jié)果和測(cè)試條件
選擇小型封裝與ISO 26262關(guān)系密切，因?yàn)榭赡苄枰捎萌哂嗥骷Ｕ瞎δ艿姆�(wěn)定性，以確保達(dá)到更高的安全級(jí)別。利用這種冗余配置，即使一個(gè)TB9083FTG發(fā)生故障，另一個(gè)TB9083FTG仍然可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)然，如果使用兩個(gè)器件，PCB表貼面積會(huì)增加一倍。采用小型封裝的TB9083FTG可以減小增加的表貼面積，為冗余系統(tǒng)提供了有利保證。
采用小型封裝的優(yōu)勢(shì)
電機(jī)柵極驅(qū)動(dòng)IC的主要特性
✔ 支持功能安全ASIL-D
✔ 內(nèi)置3通道安全繼電器驅(qū)動(dòng)IC
✔ 內(nèi)置3通道電流監(jiān)控放大器
✔ 內(nèi)置外部MOSFET自診斷電路
✔ 內(nèi)置ABIST、LBIST自診斷功能
✔ 錯(cuò)誤檢測(cè)：欠壓檢測(cè)、過(guò)壓檢測(cè)、過(guò)熱檢測(cè)
✔ 內(nèi)置外部MOSFET VGS／VDS檢測(cè)
✔ 工作電壓范圍：VB＝4.5 V至28 V、VCC＝3.0 V至5.5 V
✔ 工作溫度范圍：Ta＝-40℃至150℃；Tj＝-40℃至175℃
✔ 可靠性：AEC-Q100/006認(rèn)證
✔ 封裝：P-VQFN48-0707-0.50-005（可焊錫側(cè)翼引腳，0.5 mm間距）
產(chǎn)品應(yīng)用方向
TB9083FTG的可驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，使3相直流無(wú)刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并可驅(qū)動(dòng)所有3相的上下MOSFET，即6個(gè)MOSFET。該器件適用于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)、變速箱和線控?fù)Q檔系統(tǒng)、泵等3相直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用，而且能夠滿足對(duì)車載電子元器件的安全性要求。
產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例
未來(lái)，東芝將繼續(xù)強(qiáng)化符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)第二版要求的柵極驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品線，根據(jù)市場(chǎng)需求持續(xù)推出具有優(yōu)化功能和性能的柵極驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品，推動(dòng)汽車系統(tǒng)電氣化并滿足客戶不同需求。
