- 汽車電子系統中故障問題
- 車用MOSFET組件保護技術
- 如何在溫度過高的情況下達到自我保護作用
- 采用熱滯后電路
- 確保器件吸收的能量不超過最大額定值
車上所使用的燈泡到繼電器、從LED顯示照明到起動馬達，許多組件的多元應用，不僅提供了各式各樣的高負載性、低成本效益的解決方案，另外也必須兼具注重安全性汽車所要求的通訊及診斷能力。因此，為了增加車上電子系統的可靠性及耐久性，除了降低維修成本之外，設計人員在功率器件中加入故障保護電路，才能避免組件發生故障，降低電子系統所造成損害。
另外，在一般汽車行駛的情況下，一旦出現了車上的組件出現故障狀況，將導致汽車上的電路系統發生短路，或電源無法供電。在遠程傳感器中采用車用金屬氧化半導體場效晶體管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor；以下簡稱MOSFET）組件技術后，將能適時地保護發生故障的組件，或者在汽車線束及故障組件之間形成一個很高的阻抗，降低故障的發生率。
車用MOSFET組件與自我保護技術
新車型的設計在某種程度上依賴電子電路的設計，用來降低成本、提高可靠性及豐富功能，另一方面也隨著電氣及電子系統不斷地增加，以及它們占大部分汽車成本和重量的現實情況，使得電路保護設計成為設計工作中的一個關鍵因素。因此，為了汽車上組件適用性的問題，一般汽車組件的設計工程師大都會使用外部傳感器、分立電路或者是使用軟件來加以因應。不過，以目前的發展趨勢來看，隨著技術持續的發展，MOSFET這可歸類在多載式導電的單極型電壓控制組件，除了具有高頻率性能、輸入阻抗高、驅動功率小、熱穩定性優良等優點之外，還能使功率組件更能夠符合最低的系統成本，藉以達到更為優異的故障自我保護系統。因此，大部分的設計人員轉而采用具有保護作用的MOSFET功率組件來完成。
在過去這幾年當中，在汽車內、外部安裝了電子設備，藉以控制汽車主體功能的汽車廠商持續地快速增加，使得車用半導體的應用數量也有顯著的提升。而在復雜的車用電子系統中，幾乎所有使用的功率組件除了要能因應環境快速的變化之外，在面對到電子產品關閉瞬間電流，及負載切斷電源故障所引起的高壓變化時，能有其因應之道。
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另外，還有一點就是當車內的環境工作溫度一旦超過100℃∼120℃的時候（如：引擎室、輪胎周圍等），很容易就會產生組件結溫的情形，進而影響到組件的可靠度及其它可能發生故障的問題。還有一個問題就是車上復雜的線束問題，在車用線束中有許多的連接器，因為汽車上有越來越大功率需求，即便是在一般的應用條件下，組件所要承受的壓力相對提高，也很有可能造成組件電氣連接發生間斷性的故障問題。
為了使汽車能具有更大的電流需求，以因應目前的潮流，使得汽車半導體廠商必須開發電源MOSFET組件技術，以降低電流流動時的電阻值，使得目前MOSFET在車用電子、電力系統中，已有越來越多的應用，也不難看出其重要性。現階段，除了滿足車上多變的應用環境之外，還得要順應國際組件的標準需求，達到更有效率的能量利用率，以及最低成本的應用優勢，才能進一步符合汽車市場對于功率組件的要求。因此，車用電子設計工程師在為汽車電子產品設計電力系統的同時，除了適宜性、可靠性及耐久性等產品本身的問題之外，還必須要面到各式各樣艱難的技術問題。
汽車電子系統中還有哪些問題尚待解決
◎車上系統的短路故障問題
如果在車上電路系統組件之間，一旦發生了短路故障的情況，會使得MOSFET立即關閉，短路的電流會通過MOSFET周圍來進行分流，很容易就能發現故障問題的存在。不過，一旦電路系統的短路現象是屬于間歇性，或者負載為電感的情況下，電流停止時會在MOSFET上產生一個反激式電壓（Flyback），來加以判斷負載電感中的峰值電流是否高于正常工作時的峰值電流。因此，組件所吸收的能量會比原先預期的還要多，而多個間歇性發生短路的情況，也會轉為連續而快速發生，進而導致峰值結溫快速提高，容易對組件本身產生潛在性的破壞。
◎溫度過高也容易發生故障問題
組件引腳的靜電放電（ESD）、線路瞬間電流，以及電感負載開關產生壓力過高，另外就是過熱的問題。在眾多設備中，一旦組件的溫度過熱就容易導致故障的發生，甚至是引起其它組件發生故障。就像電路系統的短路現象，容易使組件發生過高的功耗，或者是在極冷、極熱的環境條件下，使組件的散熱設備或電路板間的焊錫產生失效情況。在這么多可能導致故障的情況下，具自我保護MOSFET組件的控制電路，則是在一種安全模式來加以監測，甚至是控制組件工作情況，一旦組件臨時發生故障，還能立即修復并恢復到正常功能，甚至能夠進一步降低汽車上的控制組件的體積尺寸，還具有提高可靠性，而在傳感器方面則具有自我故障診斷、工作狀態監測及溫度感測、過電壓以及過電流斷電的保護等功能。
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如何在溫度過高的情況下達到自我保護作用
在一般的汽車上，所使用的過溫保護組件，是利用對溫度較為敏感的組件，如：二極管的偏壓來加以實現。假設上述的這些組件監測到芯片結溫溫度超過當初所設定的數值，電路系統便會將具有主功率的MOSFET門極拉到接地，并在第一時間就關閉該組件，使其中的部份內置組件能暫停電流傳遞動作，待芯片的溫度稍微下降到適當的溫度之后，才會導通電流至正常狀態。
當發生溫度過高的故障之后，有兩個主要問題必須要解決。
第一，當溫度限制開關斷電路與電流限制電路一起協同運作時，有可能產生的高溫故障問題。當電流產生限制電路時，將門極節點的電壓增加到閥值電壓的附近，同時迫使組件進入工作模式的情況，并在不同的組件結構下，產生不同的參數值與分析的數據結果，如此便可保持電流限制的設定點隨時符合高電流及低功耗的特性，以滿足從機械形式進展成機電形式的汽車電子系統。
對于采用熱滯后電路讓零件在過溫故障情況下循環導通和關閉的組件，結溫將穩定在滯后電路高低設定點之間的溫度。這與高溫可靠性測試類似，都取決于組件在故障情況下的工作時間。一般來說，當組件的可靠性下降變成一個受重視的問題時，別指望在故障情況下該組件工作幾千小時或更長時間。
第二、當設備持續地進行作動，使組件的溫度過高有可能會導致自我保護作用失效，發生組件故障的可能情況。這是因為關閉電感負載或變壓器負載的同時，其輸出的放大功率會因為頻率的不同，而產生差異與變化，此時的電路組件便會主動吸收存儲在負載電感中的能量，這對于應用在汽車電子、電路系統的MOSFET標準組件系統來說，是非常重要的。因為，一旦結溫超過內部所能承受的溫度，組件不再具有半導體特性，門極的控制動作容易產生錯誤情況，除非漏極電源功率立即消失，否則當晶體管門極長度縮短，會導致門限電壓（thresholdvoltage）因此而降低，進而產生短通道效應（short-channeleffect），將使得設備的電路組件受到破壞。
自保護的MOSFET可能遭受同樣的情況，因為當門極輸入電壓對控制電路進行偏置時，由于門極偏置為零，過溫限制電路處于無效狀態。在正常工作和最壞的故障情況下(如器件間歇性短路的情況)，電路設計人員必須確保器件吸收的能量不超過最大額定值。另外，即使出現最高能量額定值，能量脈沖之間必須有足夠的時間讓結溫冷卻到初始結溫。否則，結溫在每個能量脈沖之后升高，最終達到內部故障溫度。
最后，微機電的發展對汽車電力、電子設備的控制系統、故障自我偵測、訊號處理等，也是具有時代性的重要象征，而在電源接口也需要具有過電流的自我保護功能，展現目前汽車電子產業體系所導入的電源標準，并針對汽車電源的部分進行自我保護，以防止各種類型的故障發生，如：接觸不良的電纜或接頭插入到商品時，產生短路或造成車上其它電子設備的損壞。由此可見，未來微機電在汽車上的應用還會持續的發展，包括：微電子技術、電力技術等運用到汽車上的電力、電子組件中，才能開發出更多且適合用在汽車上的電力、電子組件自我保護系統。
車上的電流限制可以透過使用電阻、保險絲、開關或MOSFET組件技術來加以實現。目前很少采用電阻保護方案，因為它會在正常電流狀態下產生過大的電壓降。有可能采用一次性保險絲方案，但是這種保護易于損壞，而且必須在產生故障后予以更換。雙金屬開關的局限性在于它存在反復接通，并有可能導致觸點熔連故障。在很多汽車應用中，最好的保護方案為MOSFET組件技術，這種組件在正常工作狀態下呈現低阻抗，而在產生故障時呈現高阻抗；如此一來，便能使汽車電力自我保護系統呈現最佳化的狀態。
一般來說，在汽車上最常見，也最麻煩的故障問題，就是汽車電路系統「短路」的故障問題，這是因為汽車在電源啟動或關閉的過程中，很容易就會產生短路組件，而這類型的故障形式，例如：負載間的短路、開關間的短路或電源接地的短路故障。這么說好了，在汽車上所產生短路故障大部分是屬于間歇性，也就是說在很短時間內，有可能就會產生很多種不同的發生狀況；因此，可以利用MOSFET組件來解決車上電路系統短路的問題。
