探秘PROFET™ Load Guard BTG7090 - 2EPL：智能高端功率开关的卓越表现

在电子设计的广阔领域中，功率开关是不可或缺的关键组件。今天，我们将深入探讨英飞凌的PROFET™ Load Guard BTG7090 - 2EPL智能高端功率开关，它以其出色的性能和丰富的功能，为各类应用提供了可靠的解决方案。

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一、潜在应用领域广泛

PROFET™ Load Guard BTG7090 - 2EPL具有广泛的潜在应用场景，它可以替代机电继电器、保险丝和分立电路，为系统电源提供保护，还能作为ECU电源的主开关。此外，它适用于驱动电阻性、电感性和电容性负载，如加热元件、ADAS与AD模块（包括摄像头、雷达、超声波和激光雷达模块）、子模块（如显示器）以及通信模块（如天线、蓝牙、V2X和WiFi）。这种广泛的适用性使得它在汽车电子、工业控制等众多领域都能大显身手。

二、基本特性与优势

2.1 诊断与保护功能集于一身

作为PROFET™ Load Guard家族的一员，BTG7090 - 2EPL是一款具有诊断和嵌入式保护功能的高端开关。它具备在反向电流条件下的导通能力（InverseON）以及电容性负载开关模式，为复杂的电路环境提供了可靠的支持。同时，该产品符合绿色环保标准（RoHS合规），并根据AEC Q100等级1进行了认证，适用于汽车应用。

2.2 强大的诊断特性

• 比例负载电流检测：能够精确检测负载电流，为系统的稳定运行提供保障。
• 开路负载检测：在开关的导通和关断状态下都能检测到开路负载，及时发现潜在故障。
• 短路检测：可检测到接地和电池的短路情况，有效保护电路安全。

2.3 全面的保护特性

• 温度保护：具备绝对和动态温度保护功能，并带有重启控制，确保在高温环境下也能稳定工作。
• 过流限制：可调节的过流限制功能，能够根据实际需求灵活设置电流上限，提高系统的可靠性。
• 过压保护：有效防止过高的电压对设备造成损坏。

三、产品详细参数解读

3.1 工作电压范围

• 最小工作电压（正常）为3V，在启动时最小工作电压为2.7V，最大工作电压可达28V。
• 最小过压保护电压（TJ≥25°C）为35V，能够应对一定程度的电压波动。

3.2 电流参数

• 睡眠模式下的最大电流（Tj≤85°C）为0.5μA，有效降低了能耗。
• 最大工作电流为4.5mA，典型导通状态电阻（TJ = 25°）为90mΩ，最大导通状态电阻（Tj = 150°C）为180mΩ。
• 标称负载电流（TA = 85°C）为2A，典型电流检测比例为1000。

3.3 过流限制范围

可调节的过流限制范围为0.38A - 4.34A，为不同的负载需求提供了灵活的选择。

四、引脚配置与功能

4.1 引脚分配

BTG7090 - 2EPL采用PG - TSDSO - 14封装，引脚分配明确。其中，EP（暴露焊盘）为电源电压引脚，连接电池电压；GND为接地引脚，为内部逻辑提供接地连接；INn为输入引脚，用于激活相应的输出通道；DEN为诊断使能引脚，控制诊断和保护电路；DSEL为诊断选择引脚，选择诊断的通道；OCT为可调节过流阈值引脚，通过外部电阻连接到设备地来调节过流限制；IS为检测电流输出引脚，用于诊断。

4.2 引脚功能详解

• 输入引脚（INn）：与3.3V和5V微控制器兼容，若不使用需通过10kΩ电阻连接到GND引脚或模块地。
• 诊断引脚（DEN和DSEL）：DEN引脚设置为“高”时启用诊断，设置为“低”时禁用诊断；DSEL引脚选择诊断的通道。
• 可调节过流阈值引脚（OCT）：通过外部电阻ROCT连接到设备地，实现过流限制的灵活调节。

五、电源供应与工作模式

5.1 电源供应

该设备由VS引脚供电，用于供应内部逻辑和功率输出级。在欠压条件下，检测电路会防止功率输出级和诊断功能的激活，确保设备的安全运行。

5.2 工作模式

• 睡眠模式：数字输入引脚设置为“低”时进入睡眠模式，此时电流消耗低，过温、过载保护和欠压机制禁用。
• 带诊断的非活动模式：DEN引脚设置为“高”且输入引脚设置为“低”时，通道关闭，但可以进行开路负载诊断。
• 带诊断的活动模式：正常工作模式，当INn = “高”且DEN = “高”时，输出通道导通并进行诊断。
• 不带诊断的活动模式：INn = “高”且DEN = “低”时，输出通道导通但不进行诊断。
• 带诊断的电容性负载开关模式：可驱动电容性负载，在特定条件下激活，保护和诊断功能有效。
• 不带诊断的电容性负载开关模式：与带诊断模式类似，但不进行诊断。

5.3 模式转换

工作模式之间的转换根据INn和DEN引脚的逻辑电平决定，状态图清晰展示了可能的转换路径。同时，欠压检测电路会根据VS引脚的电压变化对设备状态进行相应调整。

六、功率级特性

6.1 导通状态电阻

导通状态电阻RDS(ON)主要取决于结温TJ，随着温度升高而增大。在TJ = 25°C时，典型值为90mΩ；在TJ = 150°C时，最大值为180mΩ。

6.2 负载切换特性

• 电阻性负载切换：切换时间和转换速率可参考相关图表，开关能量值与负载电阻和时间成正比。
• 电感性负载切换：为防止过压损坏，采用了电压钳位机制，在电感负载去磁时，能量会在设备中耗散，需注意最大允许能量值。
• 电容性负载切换：当施加特定信号时，设备进入CLS模式，通过泵浦模式对电容充电，同时过流限制功能有效，保护和诊断功能也处于激活状态。

6.3 高级切换特性

在反向电流条件下（V_OUT > V_S），会有电流流入功率输出晶体管。若通道处于关闭状态，电流会通过本征体二极管，导致功率损耗增加和温度升高；若通道处于导通状态，功率耗散与正常工作时相当。InverseON功能允许在反向电流条件下导通通道。

七、保护功能

7.1 过流保护

该设备提供可调节的过流限制范围，通过OCT引脚和外部电阻ROCT进行设置。在OCT引脚开路或短路到地时，设备会自动设置相应的电流限制值。

7.2 过温保护

采用绝对和动态温度保护电路，当结温超过阈值时，过热通道会关闭，并进行自动重启尝试。若重启次数超过限制，通道会锁定关闭，直到满足重启条件。

7.3 故障保护与诊断

任何触发过温保护的事件会导致受影响通道关闭，并在诊断激活时通过IS引脚提供故障电流。通道在满足重启条件且重启次数未超过限制时可再次导通。

7.4 其他保护功能

• 反向极性保护：在反向极性条件下，功率耗散由DMOS通道的本征体二极管和逻辑的ESD二极管引起，需通过外部负载和电阻限制电流。
• 过压保护：在特定电压范围内，输出晶体管仍可正常工作，并设有钳位机制保护逻辑和输出通道。
• 电池和负载丢失保护：在驱动纯电阻性负载时，电池或负载的连接丢失不影响设备的鲁棒性；在驱动电感性负载时，需考虑电感能量的处理。
• 接地丢失保护：建议在数字输入引脚和微控制器之间连接电阻，以确保在接地丢失时通道关闭。

八、诊断功能

8.1 诊断信号输出

设备通过IS引脚提供比例检测电流信号用于诊断。当诊断禁用时，IS引脚呈高阻抗状态。使用电流检测诊断时，需在IS引脚和模块地之间连接检测电阻RSENSE，建议阻值大于820Ω（或在有中央反向电池保护时为400Ω）。

8.2 诊断状态分析

• 导通状态诊断：在功率输出级导通且满足一定条件时，IS引脚提供与负载电流成比例的电流；若存在故障，IS引脚会提供故障电流。
• 关闭状态诊断：在功率输出级关闭时，可通过检测输出电压和使用外部组件检测负载是否缺失或短路。同时，还能检测OCT引脚的开路或短路情况。

8.3 诊断时序

诊断信号的建立和禁用需要一定的时间，需考虑负载电流稳定和信号建立的时间要求。

九、应用信息与建议

在实际应用中，建议使用一些外部组件来提高系统的可靠性和稳定性。例如，使用RIN、RDEN和RDSEL电阻保护微控制器，使用ROCT电阻调节过流限制，使用CVS和CVSGND电容滤波，使用DZ2二极管进行过压保护等。同时，需根据具体应用场景合理选择组件参数，并注意引脚的FMEA信息。

十、总结

PROFET™ Load Guard BTG7090 - 2EPL智能高端功率开关凭借其丰富的功能、出色的性能和全面的保护机制，为电子工程师在设计复杂电路时提供了可靠的选择。无论是在汽车电子的严苛环境中，还是在工业控制的高效运行需求下，它都能展现出卓越的表现。在实际应用中，我们需要根据具体的设计要求，合理配置引脚和外部组件，充分发挥该产品的优势，为系统的稳定运行保驾护航。

各位电子工程师们，你们在使用类似功率开关时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。