ROHM助力智能功率器件实现功能安全并减少功率损耗

近日，全球知名半导体制造商ROHM面向引擎控制单元和变速箱控制单元等车载电子系统、PLC（Programable Logic Controller）等工业设备，开发出40V耐压单通道和双通道输出的智能低边开关（Intelligent Power Device，以下简称IPD）“BV1LExxxEFJ-C / BM2LExxxFJ-C系列”，此次共推出8款产品。这些产品通过替代机械继电器和MOSFET，实现汽车和工业设备市场所需的功能安全。新产品已于2022年10月开始暂以系列合计月产60万个的规模投入量产。

作为安全至上的应用，汽车和工业设备两大领域随着电子系统越来越复杂，对安全性的要求也越来越高。设备开发中必须要考虑到如何在紧急情况下确保功能安全。传统上，通常采用机械继电器或MOSFET来执行电子电路的ON/OFF控制，但它们在系统故障时不具备相应的保护功能。传统的电路保护以保险丝和继电器为主，但在应对功能安全需求时存在着不少的问题。IPD可以被认为是用半导体技术实现保险丝和继电器的功能，它主要是由输出角的功率MOS、保护电路和有源钳位电路这三大部分组成的，保护电路实现过流保护和过热保护。相对于传统的机械保险丝和机械的继电器，IPD智能半导体功率元器件无需更换，可靠性高且能实现静音。IPD智能功率开关可以智能地检测到线路上的过电流，然后自主地去关闭功率MOS以保护系统，同时它还可以去通知主控端比如MCU。此外，IPD也可以消除机械继电器在过流保护的时候出现的咔嗒声，这种噪音如果用在车载可能用户体验不是很好，IPD智能功率器件检测到过电流之后自动关闭功率器件，实现无声无息地提供保护，给用户带来比较良好的体验。IPD不仅可以进行电子电路的ON/OFF控制，还内置有保护功能，可保护电路免受电气故障（异常时的过电流）的影响，有助于构建安全且可靠性高的系统。新产品配置在电机和照明等被控设备的下侧（接地侧）电路中，从电路结构方面看，具有可轻松替代机械继电器和MOSFET、易于设计的优点。正是因为IPD的这些特性，其在工业市场上规模已经达到了约2.18亿美元，在车载市场上它的需求量也是日益增长。

从功能安全的角度来看，IPD具有保护功能，而且在寿命和可靠性方面也表现非常出色，因而得以日益普及，其市场规模正在不断扩大。IPD可以用于汽车各个部位的保护，比如日益电子化的车载电装系统以及ECU的保护，还有可以在紧急情况下降低风险的功能安全设计理念，这些都是智能高低边开关也就是IPD可以发挥作用的地方。现在在汽车各个部位都可以看到IPD应用的身影，比如说引擎控制、变速箱控制、车灯、防抱死制动系统等等。

针对市场对提升可靠性的需求，ROHM早在2014年就开始构建IPD专用工艺。此次通过进一步提高专用工艺的电流承载能力，并结合ROHM的模拟设计技术优势，打造了更广泛的产品阵容。罗姆公司一直以来都是垂直统合型的生产体制，凝聚工艺、电路设计、功率封装几大技术优势来开发模拟电源芯片，同样的理念也应用于保护IPD的开发和生产之间的连接，从而使得IPD可以汇聚罗姆的先进技术，提供多样化的产品阵容。罗是自主开发的IPD专用的生产线，将沟槽MOS和CMOS集成于一枚芯片中，在市场上只有包括罗姆在内的三家公司拥有相同的工艺。从电路设计上来说，罗姆针对客户需求，追求方便使用易用性，为IPD系列产品开发了不同的功能，比如双重故障反馈、可调限流和压摆率的控制。功率封装上罗姆紧贴车载的需求以及功率器件散热性的要求，开发出了晶体材料，在封装上保证了IPD产品能够满足功能安全的技术要求。

IPD内部的功率MOSFET部分在关断时会因反电动势而发热，新产品采用ROHM自有的电路和器件技术“TDACC™”，通过优化控制流过电流的通道数量，在保持小型封装的前提下抑制了发热量并实现了低导通电阻，这些特性在小型IPD中是很难同时兼顾的。这将非常有助于各种设备的安全运行和减少功率损耗。采用TDACC™技术可以进一步缩小封装，从而成功地实现了业界尚不多见的SOP-J8封装双通道输出40mΩ（导通电阻）的产品。单通道和双通道产品均有40、80、160、250mΩ多种导通电阻值可选，能够满足客户多样化的需求。另外，新产品的接触放电耐受能力（表示对过电流浪涌的耐受能力）也高于普通产品，这将有助于各种设备的安全工作。

未来，ROHM计划将采用TDACC™技术的IPD专用工艺进一步微细化，开发更低导通电阻、更小型、更多功能、更多通道的系列IPD产品，通过丰富的产品阵容为汽车和工业设备应用的安全、安心和节能贡献力量。