23、汽车动力系统与推进系统技术解析

汽车动力系统与推进系统技术解析

1. 汽车电源系统集成电路设计

1.1 自举二极管与电阻

自举二极管基于反向重复峰值电压（VRRM）和正向电流（IF）进行设计，建议选择反向恢复时间（τRR）为 50 ns 或更优的二极管。与自举二极管串联的电阻具有多重作用：
- 校正与自举电容形成的时间常数；
- 限制启动时的充电电流；
- 限制可能出现的负 Vs 尖峰期间通过自举电路的电流。

1.2 功率 MOSFET 在集成电路中的应用

功率 MOSFET 在功率转换器中用作开关，以降压转换器为例，恢复二极管通常由第二个 MOSFET 替代，实现同步整流。功率 MOSFET 的放置位置取决于最大负载电流：
- 通常负载电流低于 3 A 时，可将其置于集成电路内；
- 若考虑使用二极管处理电感电流，优先将其置于集成电路外。

功率 MOSFET 的设计主要受导通损耗影响，导通损耗取决于导通电阻（Rdson）。设计时遵循 1%规则，对于 1 欧姆的负载电阻，Rdson 应约为 10 mOhm。对于降压转换器，可根据占空比调整设计，如占空比为 33%时，Rdson 可为 30 mOhm。

在集成电路设计中，对于降压或逆变器，晶体管通常置于负载之前，一般采用 pMOS 类型。若使用 nMOS 晶体管，栅极控制电压需高于正电源电压（VDD），这在集成电路设计中可能存在问题。不过，使用 pMOS 晶体管会占用大量空间，也可添加额外电路以使用 nMOS 晶体管作为高端开关。

以下是一个计算示例，输入电压 VDD = 1.2 V，栅极电源电压 V = 3.8 V，开关电阻为