使用意法半导体的TWISTER仿真软件开发基于M0TM固态继电器的汽车系统

TWISTER是意法半导体开发的一个仿真器，能够为开发人员提供精确的M0-5/M0-5E、M06、M07高边驱动器、Omnifets、H桥产品和最常用汽车负载的行为模型，对带负载的驱动器进行完整的系统级仿真。为展示该开发工具的功能和特性，本文将简要介绍智能驱动器的特性，并给出几个车身驱动器的评估实测。

1. M0TM 智能固态继电器

高边驱动器 (HSD)、低边驱动器(LSD)和智能开关是为恶劣的汽车工作环境设计的半导体器件，能够承受所有的可能发生的故障状况，例如，短路或过载现象。同时，行业法规要求必须测试当错误、短暂故障和/或电磁干扰导致继电器关断时是否为零风险。评测结果必须符合汽车产品标准。智能开关的保护策略可能影响负载性能，因此，产品选型不仅考虑开关在稳态时的行为，还要考虑其在保护电路激活时的瞬间行为表现。

1.1. 短路保护
两级限流功能和一个功率限制功能确保开关在短路和过载条件下可靠工作，达到AEC-Q100-012汽车产品质量标准：
• 选择限流参数高值(ILimH)，以符合目标负载的涌流限制，同时，还应避免在涌流或短路期间电流密度过大，导致在功率MOSFET源极金属层上引起电迁移。
• 限流低值(ILimL) 约是IlimH的30%，当短路持续存在时，激活限流低值机制，以终止电迁移效应。
• 功率限制功能用于限制短路或过载期间的最大平均功率，避免开关金属层温度瞬间骤变超过60K。快速热瞬变可能在焊点和源极金属层上引起热机械应力。为确保汽车任务剖面，最大60K的 TJ热变是意法半导体可靠性设计原则。

1.2. 负载兼容性

限流和功率限制功能可导致车灯开启延迟，多数车企能够接受在最恶劣情况下车灯开启延迟最长10ms的方案，评测最恶劣情况需要使用工艺角批次参数。涉及的主要参数包括限流最小值(ILimH min)、在TFILAMENT=-40oC时的灯泡涌流最大值。

当驱动电机、阻性负载和感性负载时，需要给予类似的考虑。这些负载的涌流很大，可能使用短驱动脉冲，所以需要检测驱动器的尺寸，主要是在瞬变条件下。
1.3. 电流-时间曲线
短路和过载的反应时间与短路电阻是函数关系。为什么保护策略要采用限流和限温两种策略呢？因为反应时间不仅受到芯片参数离散的影响，还受到温度边界条件的影响(见图1)。