【应用】车规级MOS管P50LF4QTKD助力汽车电子水泵小型化设计，导通电阻低至4.4mΩ

时间： 2021-12-07 来源：世强

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随着我国提出2030年前碳达峰行动方案，碳中和等环保法规更加严格，汽车的电动化在快速发展，由传统的机械水泵向电子水泵发展，从而达到节能减排的作用，汽车搭载的半导体器件数量正在急剧增加。在功率器件这部分要求低损耗、大电流、高效率来实现电子水泵的小型化和轻量化设计。

汽车电子水泵用于电动汽车或涡轮增压汽车提供循环冷却水，市面上的主流的设计是采用分立器件设计的，主控MCU+7颗分立的N沟道MOSFET组成。本文重点介绍新电元SHINDENGEN单个封装搭载双器件的“LF Dual”系列MOSFET管P50LF4QTKD 5071，在单个装上搭载两个低损耗功率MOSFET，助力12V供电系统汽车电子水泵的设计，主控MCU+4颗分立的N沟通MOSFET组成，主功率用3颗双MOS管来驱动无刷电机，1颗单MOS来做反接保护如下图1。

图1 汽车电子水泵电机控制系统框图

本方案设计一款12V系统70W的汽车电子水泵，如上图1是无刷电机采用三相全桥拓扑+PWM电流方式控制，电机驱动芯片驱动三相全桥3个双MOS管上下桥臂交错开通关断，产生三相交流正弦的电流波形，从而驱动电机转动，使水泵产生吸力。

在汽车电子水泵电机控制器设计时，功率MOS管的的选型需要关注以下几点：

1、由于在车载环境中，水泵电机控制器所在的空间比较小，因此需要考虑MOS的低损耗、大通流量，小尺寸；

2、MOS管要留有足够的耐压余量防止电机反射电压导致VDS过压损坏的风险；

3、70W功率的水泵，工作电流6A左右，ID连续漏极电流需要有一定的余量，来有效抵抗电机堵转，过流等工况下的电流耐受能力；

4、MOS的导通电阻选择较低的，可降低导通损耗、蓄电池的耗电量、器件正常工作时的发热损耗，提高可靠性；

5、输入电容，栅极电荷，越小越好，可满足高频开关应用；

6、MOS的封装选型小尺寸的封装有助于电路的小型化和轻量化；

7、符合AEC-Q101标准；

图2 P50LF4QTKD 封装尺寸及PIN脚定义

针对汽车电子水泵，新电元推出的“LF Dual”系列MOS管P50LF4QTKD 助力汽车电子水泵小型化、轻量化设计具有以下几点优势：

1、MOS的Vds最大电压承受能力40V满足12V蓄电池供电。

2、70W功率水泵，工作电流6A，P50LF4QTKD漏极最大电流可达50A，满足极限工况下电机堵转，过流等工况下的电流耐受能力。

3、导通电阻低至4.4mΩ，输入电容仅1748pF，FOM（Ron×Ciss）降低了25%，有助于降低开关损耗。

4、采用Cu clip排夹结构，通过大幅降低阻抗和提高散热性，实现了小型化和导通阻抗的降低。

5、LF_Dual封装，与SOP8封装的外形类似，贴装面积和部件数量均比使用单体封装时减少了50%，助力水泵小型化和轻量化设计。

6、通过AEC-Q101认证，已批量出货，广泛应用于汽车电子系统的设计中，已在成熟的车厂批量出货，质量交期均有保障。

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