一文读懂智能高侧开关

在汽车电子领域，“智能高侧开关”与“智能高边开关”这两个名词频繁被提及，它们实则指代同一事物。为表述统一，后续我们皆以“智能高侧开关” 称之。接下来，我们将从三个维度深入剖析智能高侧开关：其一为它的定义，其二是探究使用它的原因，其三则是了解它的具体应用场景。

定义

为了更清晰透彻地理解智能高侧开关，我们将其拆解为 “智能”“高侧”“开关” 三个部分，接下来将按照从后往前的顺序，逐一为您介绍。

1.1. 什么是“开关”？
“开关”顾名思义在电路中的作用就是开合关断。智能高侧开关内部由主控部分和MOS两部分组成，MOS部分就是我们所说的“开关”。智能高侧开关内部的MOS是一个NMOS开关，其导通和关断是受主控部分来控制。如下图1所示红色框图即为“开关”。

图1 亚成微某款单通道智能高侧开关原理框图

1.2. 什么是“高侧”？
“高侧”是相对于“低侧”而言。在电路中是电势上的高和低，其参考点是智能高侧开关输出端负载的电位。如下图2所示，即可清晰的看出“高侧”的含义——智能高侧开关在“电源”和“负载”之间，其电位高于负载的电位。

图2 高边（左）和低边（右）开关的示意图

1.3. 什么是“智能”？
智能的范围很大，对于高侧开关而言是在MOS基础上增加了控制、保护和诊断功能，如图3所示。控制，可以通过MCU的GPIO口来控制MOS的导通和关断；保护，是主控部分集成了过温、过流、过压等保护功能；诊断，是主控部分设计了异常情况的反馈，如发生短路、开路、过温等异常情况时，输出一个故障信号给MCU，MCU会根据故障信号做出相应动作。

图3 智能高侧开关构成示意图

为什么要使用智能高侧开关？

在汽车低压电气系统中通常存在五种负载开通和关断的方式，上图2是其中两种，其余三种方式见下图4所示。

图4 三种负载接线方式图

汽车低压电气系统中多使用智能高侧开关的原因大致有以下四点：

汽车系统中搭铁处非常多，发生对地短路的情况远大于对电源短路，使用智能高侧开关进行切断和导通负载更安全；

制造具备相同封装与功率规格的开关时，低侧开关的成本往往高于高侧开关。不仅如此，在系统接线方面，若采用低边开关，为确保其正常运行，还需额外配备线束；

驻车状态下，高侧开关会切断负载与电池的连接，而低侧开关仅仅断开负载与地的连接，电池与负载依旧处于相连状态。随着时间的推移，若空气湿度较大，负载端子极易遭受电化学腐蚀；

其余负载接线方式，各自适配特定应用场景。例如，低侧开关常见于热管理系统，H 桥在电机驱动领域表现更出色，推挽式广泛应用于雨刮器驱动。

具体用途

智能高侧开关在汽车与工业领域应用极为广泛。在汽车领域，尤其在低压电气系统的配电环节，以及车身电子、智能座舱等方面发挥着重要作用。目前我司研制的多款智能高侧开关已成功在众多客户端应用，其主要应用部件涵盖了汽车五大域的各类 ECU 模块，包括车身控制模块（BCM）、电源分配单元（PDU）、整车控制器（VCU）、变速器控制单元（TCU）、电池管理系统（BMS）以及车载通信终端（T - BOX）等。

在工业领域，如工业机器人、医疗器械、储能控制器等，智能高侧开关同样展现出卓越的适用性，有着强大的应用潜力与市场前景。此处不再赘述。

图5 汽车五大域示意图

3.1 智能高侧开关在智能配电盒（PDU）的应用
在传统的LVPDU（低压电源分配单元）内部，驱动低压系统负载主要依靠各类插片式保险丝与继电器。其中，插片式保险丝具有典型的电流等级，如5A、10A、15A、20A等；继电器则分为24V和12V两种工作电压类型，引脚数量也有五脚与四脚之分。

当前，对于30A及以内电流规格的保险丝和继电器，已能够用智能功率开关（包含高侧与低侧开关）来替代。而针对更高电流等级的保险需求，普遍采用“预驱+MOS”的解决方案来达成。

图6 PDU技术迭代示意图

3.2 智能高侧开关在车身控制器（BCM）的应用
智能高侧开关在车身控制器领域作用显著，能够对众多负载实施精准控制，包括前后转向灯、近光灯，各类电磁阀继电器，以及门锁、座椅加热等负载的驱动。
比如，我公司重点推广的 RM77030DD，可以驱动75W的前后近光灯或者电磁阀，该型号的典型应用电路如下图7所示。

图7 RM77030DD典型应用图

3.3 工业机器人的应用
RM75150与RM75200这两款小电流智能高侧开关，可应用在工业机器人的机械臂控制领域，主要负责开通和关断 24V 的数字量输出，此电压稳定无波动，电流也基本保持恒定。正常情况下，电流仅为几个mA，不过在类似电机抱闸这样的特殊场景中，电流会攀升至1A左右。
 
经过上述介绍，相信您对智能高侧开关已有初步了解。倘若您还想获取更多信息，或者有相关需求，欢迎随时联系我们。我们拥有丰富多样的产品，定能满足您的各类需求。
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