東芝——符合最新功能安全標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動IC
適用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、電動制動系統(tǒng)等3相直流無刷電機應(yīng)用。

產(chǎn)品亮點

·內(nèi)置３通道安全繼電器驅(qū)動IC

·采用小型VQFN48封裝，貼裝面積減少大約66%^[1]（經(jīng)驗證可在貼裝溫度循環(huán)測試中承受3,000次循環(huán)）

·內(nèi)置用于外部MOSFET的自診斷電路

汽車設(shè)備的開發(fā)必須符合ISO 26262道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn)^[2]。當(dāng)然，汽車設(shè)備中采用的半導(dǎo)體器件和其他電子元件也不例外，必須符合這個標(biāo)準(zhǔn).。

東芝電子元件及存儲裝置株式會社（“東芝”）推出符合ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，支持ASIL-D安全等極^[4]的車載3相直流無刷電機柵極驅(qū)動IC^[3]－“TB9083FTG” ^[4]。該器件驅(qū)動外部 MOSFET 以旋轉(zhuǎn)3相直流無刷電機（圖1），并且可驅(qū)動所有3相的上下MOSFET，即六個MOSFET。器件適用的應(yīng)用示例包括電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱EPS）、電動制動和線控換檔系統(tǒng)。

圖1：內(nèi)部方框圖和應(yīng)用電路示例

東芝此前于2017年8月發(fā)布了符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動IC ——“TB9081FG”。TB9083FTG是在“TB9081FG”基礎(chǔ)上改進的升級產(chǎn)品。
主要改進是通過冗余、ABIST（模擬內(nèi)置自檢）和LBIST（邏輯內(nèi)置自檢）電路實現(xiàn)功能的穩(wěn)定性。這些對于通過ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)是必不可少的。在功能冗余方面，與TB9081FG一樣，TB9083FTG內(nèi)置兩個帶隙參考電壓電路，并新增兩個內(nèi)置時鐘振蕩電路（OSC）。目的是盡量減少相關(guān)故障的發(fā)生。另一方面，ABIST和LBIST負責(zé)檢查內(nèi)部診斷功能是否正常工作。檢查結(jié)果可通過SPI通信讀出。

內(nèi)置3通道安全繼電器驅(qū)動IC

TB9083FTG有三大改進。首先，與TB9081的五個通道相比，僅包含三個用于安全繼電器的通道。安全繼電器可以在出現(xiàn)電機或外部MOSFET等異常點時實現(xiàn)電氣切斷。根據(jù)客戶反饋，三個通道足以滿足系統(tǒng)需求。對于EPS，兩個通道分別用于電源繼電器和反極性保護繼電器，另一個通道用于電機繼電器，切斷電機的控制電路。（圖2）

TB9083FTG優(yōu)點（1）

內(nèi)置冗余／非冗余3通道繼電器驅(qū)動IC

圖2：使用安全繼電器示例

采用小型封裝減小貼裝面積（達66%[1]）

第二個特點是采用VQFN 48pin封裝（7.0mm×7.0mm）減小PCB貼裝面積（表1）。由于TB9081FG采用64-LQFP封裝，貼裝面積為12.0mm×12.0mm（包括外部引線），因此，相比之下貼裝面積減少了大約一半。選擇小型封裝與ISO 26262密切相關(guān)，因為ISO 26262可能需要采用冗余器件保障功能的穩(wěn)定性，以確保達到更高安全級別。利用這種冗余配置，即使一個TB9083FTG發(fā)生故障，另一個TB9083FTG仍然可以驅(qū)動電機。然而，如果使用兩個器件，PCB貼裝面積會增加一倍。因此TB9083FTG采用小型封裝來防止增加貼裝面積。

TB9083FTG優(yōu)點（2）

表1：三款器件對比

此外，為了進一步減少所需的PCB貼裝面積，TB9083FTG還采用內(nèi)置電阻，用來調(diào)整電機電流采樣放大器的增益和參考電壓。TB9081FG則需要在外部配置這些電阻器。增益可通過串行接口SPI設(shè)置。

內(nèi)置外部MOSFET自診斷電路

第三個特點是內(nèi)置定序器和驗證電路，用于檢測外部MOSFET開路和短路故障。TB9083監(jiān)測３相中每相上臂和下臂的中點（圖3）。微控制器通過SPI讀出診斷結(jié)果。對于這種診斷，TB9081FG需要使用微控制器的內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器（ADC）和外部偏置電阻監(jiān)測電機端子電壓。除了不需要使用微控制器（MCU）中的A-D轉(zhuǎn)換器進行這種診斷，另一個優(yōu)點是減少軟件代碼數(shù)量，而且消除了診斷所需的外部電阻。

TB9083FTG優(yōu)點（3）

用于外部MOSFET的自診斷電路

圖3：傳統(tǒng)系統(tǒng)與TB9083FTG解決方案對比

經(jīng)驗證可承受3,000次溫度循環(huán)測試

QFN封裝采用可焊錫側(cè)翼結(jié)構(gòu)^[5]，便于使用自動光學(xué)檢測（AOI）系統(tǒng)可以對焊點進行目檢，并有助于提高焊點的可靠性。此外，東芝已驗證封裝可在貼裝溫度循環(huán)測試中能承受3,000次循環(huán)。

通過3,000次循環(huán)測試

類別	項目	測試條件
測試溫度		-40℃～125℃ 浸泡時間：20分鐘 升溫時間：10分鐘 → 1個循環(huán)/小時
不合格標(biāo)準(zhǔn)		初始阻值漂移10%
IC	封裝	VQFN48-0707-0.50 （可焊錫側(cè)翼）
	鍍層	Sn
PCB	尺寸	35mm×35mm×1.6mmt
	層數(shù)	6層
	材料	FR-4
	表面處理	OSP（有機可焊性防腐劑）
焊接	焊料	SAC305
	屏蔽層厚度	130um
	回流焊加工過程中峰值溫度	230℃至250℃
	QFN的E-pad與PCB之間焊接	執(zhí)行

表2：貼裝溫度循環(huán)測試結(jié)果和測試條件

東芝將繼續(xù)強化符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)第二版的要求的柵極驅(qū)動IC產(chǎn)品線，以支持車載3相直流無刷電機應(yīng)用。東芝將向市場持續(xù)推出具有優(yōu)化功能和性能的IC產(chǎn)品，滿足客戶需求，為提升車載設(shè)備的電氣化和安全性做出貢獻。

注：

[1]與東芝現(xiàn)有產(chǎn)品TB9081FG （12.0mm×12.0mm（典型值））對比

[2]旨在最大限度降低系統(tǒng)故障造成風(fēng)險的功能安全標(biāo)準(zhǔn)。重要的是，確保為第三方提供關(guān)于系統(tǒng)安全性的合理解釋。ISO 26262是面向車載應(yīng)用的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了確保實現(xiàn)所需功能安全的開發(fā)流程。
[3]用于驅(qū)動MOSFET的驅(qū)動IC
[4]ASIL：Automotive Safety Integrity Level，D：等級D（A至D級，D為最高級）
[5]封裝的外引線形狀

以上內(nèi)容引用自東芝官網(wǎng)，網(wǎng)址：車載3相無刷電機柵極驅(qū)動IC：TB9083FTG | 東芝半導(dǎo)體&存儲產(chǎn)品中國官網(wǎng)

東芝Mosfet在車載應(yīng)用領(lǐng)域主要推廣型號如下：

以上資料引述自東芝推廣PPT資料：TSBMC24-C315，Sep. 2024 Rev1.0