什么是IPD？MOSFET和IPD的区别？IPD在车载行业中的应用

什么是 IPD？

IPD 的全称是 Intelligent Power Device，即“具有智能功能的电源器件”。根据制造商的不同，其叫法也不一样，有时也被称为 Smart Switch、High-side /Low-side Switch 等，那么怎样才算是“智能”呢?

MOSFET 和 IPD 的区别

当提到半导体开关时，通常就会想到 MOSFET。IPD 的基本功能是开关，内部结构 (芯片) 的大部分是 MOSFET 本身，但 IPD 增加了具有各种附加功能的逻辑部分 (这里称为“智能功能”)。例如从下图 (图1) 的产品框图来看，红色部分相当于 Power Device 的 MOSFET，黄色部分相当于 Intelligent 的附加功能，下文介绍它的附加功能和优点。

图1 产品框图示例

IPD 的附加功能和优点

不同产品的附加功能各不相同，但一般包括以下内容：过热保护、过压保护、过载保护、电流检测、诊断功能、反极性保护、抛负载保护和电池、负载和接地断开连接检测。以下将简要介绍提供这些附加功能的原因以及优势。例如 IPD 具有过流和过热保护电路：如果仅使用 MOSFET 作为开关，当电路中的负载发生短路时，MOSFET 本身也将产生故障，但 IPD 中的过流和过热保护电路可使其在短路等异常情况下，也可以继续作为开关工作而不会断路。

机械保险丝可以通过熔化来阻止过大电流的流动，因此经常需要物理更换才能恢复，所以 IPD 被用来代替机械保险丝。当使用 IPD 作为半导体保险丝时，它可以检测过大电流等异常情况，及时中断，并将异常情况通知微控制器，以使其在固定的时间恢复，这样就无需对部件进行物理更换。另一个经常与 IPD 产生联系的是机械继电器。继电器是通过外部信号进行开关的元件，由于其开关采用机械触点，因此会产生机械噪声。

除此之外，机械接触点存在耐用性和可靠性方面的问题。而 IPD 是半导体，因此不存在机械耐久性问题，而且噪音低、体积小，并且还具有机械继电器所不具备的保护功能，因此虽然成本略高，但具有更高可靠性。如下表 (表1) 所示，在对机械保险丝、机械继电器和 IPD 进行比较时，由于 IPD是半导体，因此其成本和设计工时高于机械元件，但它有助于在有限的 ECU 面积内节省空间，并能通过各种附加功能确保高可靠性。

 

	机械保险丝	机械继电器	IPD (半导体)
耐久性	×	△	〇
静音性	-	×	〇
成本	〇	〇	△
大小	△	×	〇
设计工时	〇	〇	△

表1 机械保险丝、机械继电器和 IPD 功能对比

IPD 的用途和主要应用

IPD 用途广泛，在汽车应用中尤为流行，例如：风扇、加热座椅、智能配电、PTC 加热器、起动机继电器、前窗除冰系统、制动用电动真空泵、后视镜和后窗除雾器等。IPD 可用于驱动上述不需要反向控制的低电流电机，如果有多台电机，也可以通过 2 通道和 4 通道产品系列在单个封装中驱动它们，如下图 (图2) 所示：



图2 4 通道产品的示例

英飞凌车载 IPD 的功能

高质量、故障率极低

诊断功能可反馈负载驱动状态

快速开关/转换速率而不影响 EMC

近 30 年的 IPD 销售和技术开发经验

适用于 Tj=175°C 的 Grade 0 产品系列

1 通道和 2 通道版本产品之间的引脚兼容性

从低电流驱动到超低导通电阻的广泛产品阵容

产品范围广，包括 Grade 0

PROFET+2 系列采用英飞凌的最新技术，有适用于 12V 电池的 1 通道、2 通道和 4 通道版本，以及适用于 Tj=175°C 的 Grade 0 产品，如下图 (图3) 所示：

图3 英飞凌适用产品分类图

1 通道和 2 通道产品的引脚兼容性

如下图 (图4) 所示，通过将 1 通道和 2 通道产品封装在同一个小封装中，那么即使在设计过程中通道数量增加，也能实现引脚兼容的替换。

图4 1 通道和 2 通道产品的引脚兼容性

关于诊断功能

英飞凌 IPD 系列中最新的高压侧开关 PROFET 除具有保护功能外，还具有诊断功能。该诊断功能不仅能反馈负载输出端的异常情况，还能通过电流检测反馈流经负载的电流大小。下图 (图5) 为高压侧开关数据表中的参考电路，其中 IS 引脚向微控制器的模拟数字转换器 (ADC) 发送信号以提供反馈。IS 引脚端根据负载状态提供"电流"输出。图中 RSENSE 和 IS 端子的输出电流 (=Is[A]) 决定了施加到 ADC 输入端的电压。

图5 高压侧开关数据表的参考电路

①正常运行时 (无异常)

Is＝IL/kILIS···IL= 流过负载的电流 [A]，kILIS= 确定 Is 的常数 (因产品而异)。如果保护功能等未检测到异常，则 Is 的输出电流与负载电流 IL 成正比。

②当过热保护和过载保护被激活时

Is=IIS (FAULT)。当过热保护或过载保护检测到异常时，如果继续按原样运行可能会导致 IC 毁损，此时需要关闭输出，并输出高于情况①中的 Is=IIS (FAULT)，如下图 (图5) 所示。此外在其他开载情况下，当输出接通或断开时，Is 端子会输出相应的反馈电流。

图6 过热保护和过载保护被激活时的情况

总结

本文为大家介绍了 IPD 的功能、优势和相关用途，并详细说明了英飞凌车载 IPD 的相关功能。

审核编辑：刘清