本文将由ST(意法半导体)的技术专家为大家介绍汽车智能配电解决方案VNF1x48F & LV MOSFET。
一、汽车EEA架构演进
随着汽车E/E电子电气架构从分布式向集中式演进，配电架构也在不断发展。电控单元(ECU)对更大功率、更高安全性的需求日益增长，推动系统设计人员去开发高可靠性、高能效的智能配电解决方案。这极大地影响了ECU电控单元中的配电概念，意味着传统保险丝将被电子保险丝取代。
二、STi²Fuse产品路线图
作为支撑架构的重要一环，为实现配电系统的智能分级管理和降低拓扑复杂度、优化线束长度和尺寸等诉求，ST的eFuse产品应运而生。
STi²Fuse是ST新型智能保险丝系列产品，用于替代汽车配电系统中的标准热熔断型保险丝。STi²Fuse器件可以降低元件数量和节约生产成本，并且扩大电动汽车的续航里程，减少车辆的碳排放。同时这类智能器件的控制、监测和保护功能，有助于汽车系统达到更高的功能安全等级。
新型STi²Fuse系列产品集成了i²t保护和数字接口，可提高最新汽车区域电子/电气(E/E)架构的效率和可靠性。此外，它还支持实现更高的电气化水平和额外的智能驾驶功能。
目前ST提供三条STi2Fuse产品线及一颗配合芯片，芯片驱动能力不断提高。
三、VNF1048F介绍
VNF1048F是第一款批量生产的产品，集成了eFuse功能的预驱控制器，通过SPI控制外部MOSFET导通，给后级负载模块供电。并且可以监控与MOSFET串联的采样电阻两端电压，对主回路电流进行实时保护。该芯片支持12伏、24伏和48伏系统。
传统熔断型Fuse、HSD与eFuse的性能比较：
传统熔断型Fuse必须考虑实际负载的RMS电流，不同温度下电流能力的变化，并且要留足够的余量，然后再去选择合适尺寸的线束。
传统高边开关加软件控制方案，实际使用线束的尺寸由高边开关的参数决定，而不是实际的负载电流。在有些周期性短时大电流场景下的表现并不符合配电模块对于供电开关的要求。此外，软件采样和控制的同步性的问题也会对实际应用产生影响。
eFuse产品的线束选择完全基于负载实际电流，可减小线束尺寸。I²t参数完全由软件配置，可以更适配负载的实际电流，更加灵活。在没有MCU介入的情况下，实现更快速响应，芯片自身集成自动关断，不需要软件做额外操作。
eFuse功能可视为一种智能过载管理方案，其核心是I²t曲线，可模拟电流带来的热量累积，更好地拟合实际线路的发烟曲线。
VNF1048F 的Standby-on待机功能，提供两条电流路径：外部MOSFET提供的主电流路径以及内部的PMOS小电流旁路。此外，standby-on模式下还支持自动唤醒。
VNF1048F可通过SPI实现实时诊断功能。
VNF1048还提供其他保护功能，如过温关断保护，外部MOSFET过温关断保护，外部MOSFET过饱和关断保护。
VNF1048F内部集成自检功能，提供三种自检，以验证芯片硬件诊断功能是否正常，满足系统安全要求。
VNF1048F完整的状态机：
VNF1048F外围电路典型设计：
四、VNF1248F介绍
VNF1248基于VNF1048进行了改版和功能升级。很多基本特性和VNF1048完全一致。除了一些基本电气参数的变化以外，VNF1248主要添加了几个pin脚和新增了一些功能，如容性负载启动功能、NVM编程功能等。
VNF1248F容性负载启动功能，将软件重启策略集成到芯片内部，通过SPI指令实现相关操作，分为两个阶段：起始充电阶段和标准充电阶段。
VNF1248F集成了NVM编程功能，可以通过特殊的SPI指令对NVM寄存器内容进行改写，芯片重新上下电并已完成NVM寄存器内容的重新下载后，VNF1248在Failsafe模式下可直接调用NVM寄存器里的配置，更灵活地适配应用工况。
五、ST LV MOSFET选择
意法半导体车规低压MOSFET从1995年第一代产品F1系列问世，到现在已经接近30年时间，随着半导体技术和制造工艺的快速发展，目前最新系列已经迭代到第八代F8。
STL059N4S8AG是一颗专门为大电流配电场景设计的低压MOSFET，推荐在12伏系统中使用，完美适配VNF1048和VNF1248，它的导通电阻非常小，典型值只有0.45毫欧，最 大值也仅0.59毫欧。
六、支持工具包
ST为客户提供VNF1048和VNF1248对应的DEMO板，两块板共用同一块MCU控制板。针对这块MCU控制板，ST可提供对应的GUI和DEMO code，客户通过GUI可以轻松验证VNF1048和VNF1248的基本功能。DEMO code则可以给客户做前期软件配置参考，缩短开发流程。在功能安全方面，VNF1048可以提供完整的功能安全文档。VNF1248的相关文档已在准备中。
在VNF1048和VNF1248的实际应用中，怎么去配置合适的I²t参数非常关键。意法半导体提供了STi²Fuse Tool小程序，帮助客户在开发过程中进行简单的参数配置验证。
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