新型EPS冗余控制器 与MOSFET

东芝在汽车电子方面主要关注以下三个大的领域 :行车安全(safety-assist)、环境保护(ecology)、信息互联(infotainment)。为了实现自动驾驶,以及驾驶感受的不断进步,东芝以最先进的半导体技术,面向未来驾驶需求,提供各种先进的解决方案。 特别是针对行车安全方面有广泛的应用,包括图像识别系统ADAS、电动助力转向系统(EPS)、制动控制(ABS/ESC)、胎压监测系统(TPMS)等。其中,针对电动助力转向系统(EPS), 东芝提供的EPS控制器核心芯片组,已经被国内外的主流EPS系统厂商所采用,用以开发符合功能安全最高等级ASIL-D的EPS控制器。

EPS作为支持自动驾驶的关键部件之一,如何保证转向系统的功能安全就成为整个系统设计的核心问题。在遵循ISO26262功能安全标准进行系统开发之上,系统的冗余设计及未来的线控转向(SBW)设计都需要对控制器方案进行更全面的考量。同时,为应对双系统控制器、一体化机型对于控制器PCB小型化的需求,芯片的高集成度和小封装也是东芝开发新产品的主要方向。

如下图所示的EPS冗余控制系统的功能框图所示,相比于传统三相无刷BLDC控制方案

如上图所示,新系统需要客户选择符合功能安全ASIL-D要求的核心芯片包括 : MCU(微控制器)、Pre-driver(电机栅极预驱动器芯片)、SBC(系统基础芯片)及MOSFET(功率器件)。

东芝可以提供整套解决方案,特别是应对功能安全的系统设计需求,东芝推出的电机栅极预驱动器芯片TB9081FG内部的11通道预驱动具有非常高的集成度和完备的安全考量。全新的IC集成了关键的主要功能,包括三相预驱动电路、故障安全继电器预驱动电路和电机电流检测电路,以及各种故障检测电路。该IC还融合了用于检测故障检测电路中的潜伏性故障的ABIST/LBIST芯片上电自诊断电路,以确保更高的功能安全。东芝还进行了一系列功能安全分析,模拟各种系统故障,而且还将为客户提供诸如FMEDA之类的记录文件,以支持安全分析和设计。

除此之外,相比于传统的EPS控制器,冗余设计系统中所采用的MOSFET最多可达22颗。如果工程师继续选择TO-263或T0-252封装的MOSFET, 那么整体PCB尺寸会非常大,成本也会大幅提高,这些都将无法满足OEM的量产化要求。从而,东芝针对性的推出了两款采用小型低阻抗SOP Advance (WF)封装的新MOSFET产品—“TPHR7904PB”和“TPH1R104PB”,这两款产品是汽车用40V N沟道功率MOSFET系列的最新产品。这两款新MOSFET产品采用最新第九代U-MOS IX-H沟槽工艺制造,采用小型低阻抗封装,具备低导通电阻,最大导通电阻仅为0.79mΩ,因此有助于降低导通损耗。与东芝上一代设计(U-MOS IV)相比,U-MOS IX-H设计还实现了更低的开关噪声,有助于降低EMI(电磁干扰)。SOP Advance (WF)封装采用“可沾锡侧翼”(Wettable Flank)端子结构,支持在焊接之后进行自动光学检测(AOI) ,该结构可以大幅降低焊锡裂隙。

在此基础上,东芝还率先推出了量产化的DSOP Advance(WF)封装的MOSFET -“TPWR7904PB”和“TPW1R104PB”。其突出的特点是采用的双面散热封装及最新芯片工艺可以大大提升MOSFET的散热效率,实现高散热性和低导通电阻特性。导通损耗所产生的热量得到有效消散,因此散热设计灵活性得到提高。此类产品的量产,带给大电流电机应用客户更多的散热设计选择。