汽車中半導體器件主要是三大類：傳感器，MCU和功率半導體。其中，功率半導體主要運用在動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全等系統當中。并且，隨著汽車電動化、智能化、舒適化趨勢帶來汽車中單機功率半導體價值量提升，共同驅動汽車對功率半導體的需求，未來3~5年增速約為8%。

汽車功率半導體涵蓋的范圍很寬，從高、低壓MOSFET、到帶有集成保護電路和診斷功能的高邊、低邊和橋式開關、電源調整IC，一直到用于ABS和安全氣囊等安全系統的高集成ASIC。

汽車制造商希望車載電子系統能在盡可能小的空間大幅提高能源效率。高邊開關是模擬電路和強勁的負載/輸出驅動器的高效集成，能夠提高系統效率，節約成本，他們于微控制器在一起為各種負載如馬達，照明，傳動器等等提供必要的保護和控制。

約25年前，市面上出現首款PROFET產品(PROtected mosFET，保護型MOSFET)，意味各種不同汽車車體應用的繼電器與保險絲，終于出現替代選擇。

英飛凌智能高邊開關家族產品—PROFET，在全球車廠得到了廣泛應用。讓我們來以其為例，解析一下智能高邊開關的特性、應用場合、內部結構和工作模式。

1.什么是PROFET？

PROFET = PROtected mosFET， 帶保護功能的MOS管。它是英飛凌的高度集成高邊開關家族，具有廣泛的智能特性，包括復雜診斷和保護能力。大電流的 PROFET 功率開關包含了一個 DMOS 功率 MOSFET 和 CMOS 邏輯電路。

2.PROFET可以用于哪些應用？

它，專為嚴苛汽車環境下控制所有負載類型包括阻性負載，感性負載及容性負載而設計。這些開關的保護范圍極廣，如過載，過溫，所有類型的汽車和工業應用中的短路情況。

3.在應用中如何決定是否需要高邊開關？

在典型的汽車系統中，由一個單一的電源電壓 Vbb (也叫 VBATTERY 或 VBAT)組成電源網絡。如圖所示，有五種可能的汽車開關配置方案可以接通或斷開電氣負載。

高邊開關在其中的多個汽車開關配置中扮演著重要角色。這些高邊開關因各種原因在世界范圍內應用于汽車領域：負載驅動，診斷性能，減緩短路故障對系統影響的能力，以及相對較低的系統成本。

4.PROFET高邊開關的內部結構

PROFET高邊開關是如何完成負載驅動以及診斷功能的呢？

讓我們來看一下高度圖形化的PROFET高邊開關內部結構。

高邊開關上的 IS 引腳是模擬電流檢測信號，可被電子控制單元（ECU)內的微處理器監測。電流檢測信號值與負載電流 IL 成比例。電流檢測在高邊開關內部執行，在故障發生時進行診斷和保護，高邊電流檢測用于保護負載和線束，診斷負載以確保合理操作，且測量輸出電流以控制輸出功率。

5.高邊開關有哪些操作模式？要注意些什么？

在汽車領域，當電源供電電壓 Vbb 高于輸出負載電壓 VOUT 時，即為正常操作模式。某些臨時狀況可能導致電源電壓低于輸出負載電壓，此為反流模式或反向電流狀況。另外（如更換電池或助推啟動時），電池的極性可能反向，此為反接模式或反接電池電極狀況。

a.正常模式

正常操作模式下，電池電極方向連接正確,且電池電壓 Vbb 高于或等于輸出負載電壓 VOUT。

因為 Vbb ≥ VOUT，MOSFET 本征二極管反向偏壓,因此不導通。此時，如果微處理器斷開高邊開關,沒有電流經MOSFET 流向任何方向。如果微處理器閉合高邊開關，電流則從電池流經(傳統意義上)MOSFET,然后到達負載。

b.反流模式

有些情況下,根據被控制的負載類型和特定應用,瞬時狀況可能造成電池電壓 Vbb 低于輸出負載電壓 VOUT，此即為反流模式或反向電流狀況。

反流模式狀況的特征是正極供電電壓+Vbb 低于輸出負載電壓 VOUT 從而導致負載電流–IL 流向與正常負載電流流向相反。

單純的阻性負載不會造成反流模式狀況。只有容性負載或感性負載才會造成此種情況。同時注意反流模式情況是瞬間的。

以下可造成反流模式情況: 高邊開關正在控制的負載可作為一個發電機操作。典型此類負載是感應電機。Vbb 瞬間下降時,電機在這個瞬間期間作為發電機,從而提供的電壓比電池電壓高。

c. 反接模式

更換汽車電池或者維護汽車電子系統，需要斷開電池并重新連接電池。重新接上電池時，電池的兩極可能裝反，此即被稱之為反接模式或反接電池兩極狀況。

雖然當今汽車電池端子有標志且有顏色編碼，但反接模式狀況還是存在。一個可能導致反接模式狀況發生的情況就是當試圖助推啟動汽車時，錯誤連接跨接電纜兩極。反接電池情況很可能損害汽車電子系統。這意味著必須阻止電子控制單元（ECUs）發生反接模式狀況。一個非常典型的工業應用要求就是在 25 度溫度下，ECU 可承受-14V 的反接模式狀況一分鐘。