高边驱动芯片作为汽车电子中负载控制各类负载开关的重要器件，包含很多不同的保护和诊断功能。其中过温和过流保护无疑是最重要的。目前整车上发生的高边失效（甚至是芯片烧毁），大多是因为高边驱动芯片的保护策略和能力与应用不匹配造成的。

本文结合易冲半导体的高边CPSQ54xx系列详细解释垂直单晶工艺对高边驱动芯片过温过流保护的加成左右，希望能给广大汽车电子设计工程师在方案设计时带来一定帮助。

易冲CPSQ54xx系列高边开关

市场上的高边驱动芯片最早主要来自两家国际半导体公司。保护策略分别有采用有限次pulse和无限次pulse的设计，国内各家也基本采用与之相同或类似的思路设计。下面我们主要讨论垂直单晶工艺在其中起到的影响和作用。

在芯片本身对能量的累积-耗散能力得到保障的同时，一旦检测到保护信号还需要过温和过流信息能够快速的传递到控制电路，并由控制电路做出反馈关断MOSFET。

在图1中可以看到多晶合封产品的控制电路(中间深色的晶圆)和MOSFET(上下俩个浅灰色的晶圆)之间通过打线传输信号。传输的信号就包含上述的MOSFET上检测到的过流过热信号和控制电路发出的开关管控制信号，虽然电信号的传递速度很快，但是保护过程中的相对过温信号传递速度对芯片的保护至关重要，而温度信息通过打线上传输的过程中还要面对耗散和迟滞，往往过温保护中一点点的延迟就会带来MOSFET的烧损毁灭。所以很多合封产品的方案只能选择降低相对过温和过流的保护点，但这又会牺牲芯片带动容性负载和卤素灯的能力。

   CPSQ54xx系列高边全系的过流点都接近于对应导通阻抗范围的BTS70xx系列，主要原因就是二者都为单晶工艺，过温过流保护速度相对迅速，可以在过温过流发生时即刻关断MOSFET。

因为短路发生时OUT引脚和GND之间可能有不同的电感，芯片输出迅速关断的过程中电感两侧可能由于电流的快速变化产生感应电压，进而在芯片OUT引脚形成一个很大的负压，VCC和VOUT之间的电压差一般会达到35V以上，所以各家高边芯片都做了VdsClamp功能钳位这个电压。Vds电压和输出电流决定了关断能量。

由于芯片可以承受的关断能量存在极限，所以在不同电感下允许关断的电流是不同的，电感越小，允许的关断电流就越大。最终芯片能承受的能力大小和不同工艺下MOSFET本身能力是息息相关的。CPS54D08的关断钳位波形如图2。

图2

在保护功能能够可靠的保护芯片以及满足各种应用场景的基础上，还需要对保护功能的误触发进行关注。尤其是在一些要求较高的车规EMC测试环境下，PTI(手持发射机抗扰度), RI(辐射抗扰度), CI(瞬态传导抗干扰)等种种不同的外加干扰会对芯片的正常工作提出挑战。如果在干扰过程中保护动作误触发，必然导致功能短暂或长期的失效。

图1中可以看到在抗干扰方面，易冲半导体的CPSQ54xx高边系列因为采用垂直单晶工艺，避免了在晶圆外部传输敏感信号，天生对EMC中的各种干扰有良好的屏蔽作用。图3和图4来自CPSQ54D08的CI和RI测试摸底报告。测试环境均为额定电流负载测试。

图3

图4

各种复杂的车上应用环境，对高边驱动芯片的过温过流保护能力有较高要求，这要求芯片在设计合理的保护策略的同时，具有足够强悍的工艺来提升自身器件的SOA范围。 易冲半导体的CPSQ54xx高边系列，全系采用垂直工艺的垂直单晶设计，已经可以达到进口产品同等能力，为各类客户的国产化推进铺平道路。

易冲半导体成立于2016年，是一家高速发展的高性能模拟及混合信号集成电路芯片设计公司。公司拥有一支高质量的管理研发团队，团队核心成员均为业内资深专家。易冲半导体正快速布局从220V电源到电池的全链路产品，包括：车载芯片，AC/DC，快充协议芯片、线缆IC、USB端口保护IC、无线充电芯片，开关充电芯片，电荷泵以及相关电源管理芯片等。产品可广泛应用于智能手机/穿戴、个人电脑、智能家居、车载电子等行业。