EMB线控制动的功率级mosfet既要承载制动力电流,也要把开路、短路和驱动异常纳入诊断链。本文将把东芝XPH2R608QB作为48V EMB执行器功率级的候选器件示例,进行低压执行器功率级的候选研究。
先分清器件可靠性与系统安全
EMB直接参与制动力建立,属于高安全相关功能,但具体ASIL等级应由整车危害分析与风险评估确定。MOSFET可以提供功率开关和冗余通道,却不能单独“满足ASIL-D”。系统安全取决于架构独立性、诊断覆盖、故障反应时间、供电、驱动器、控制器和机械执行机构。AEC-Q101也属于器件可靠性鉴定,不等于ISO 26262功能安全认证。
冗余不等于简单并联
两颗MOSFET并联可分担电流,但若共享同一驱动、采样、供电或散热路径,仍可能存在共因失效。设计需要区分并联增流、串联隔离和独立冗余的目的,并逐项分析开路、短路、栅极失控、过温与传感器失效。动态均流还受栅极回路和共源电感影响,不能只比较室温RDS(on)。
EMB功率级中的东芝XPH2R608QB与故障注入
在EMB高安全等级功率级中,东芝车载半导体XPH2R608QB的失效模式需要被纳入故障注入清单:其80V耐压为48V母线提供裕量,低导通电阻有助于控制大电流下的导通损耗,但短路失效可能导致执行器持续通电,开路可能导致制动力建立失败,间歇性栅极异常则可能形成难以诊断的抖动。每种失效都要对应检测信号、阈值、最大检测时间和安全状态,并检查安全机制本身是否共用同一电源或时钟。冗余通道只有在故障能够被隔离、剩余通道能力足够且转换过程受控时才真正有效。
验证从安全分析落到波形
应先通过FMEA、FMEDA或项目规定方法分配安全目标,再定义诊断量与安全状态。ISO 26262 Part 5对ASIL-D硬件指标有明确要求:单点故障度量(SPFM)≥99%、潜伏故障度量(LFM)≥90%。台架要注入MOSFET开路、短路、驱动欠压、过温和采样异常,测量检测时间、关断时间、残余制动力和安全状态转换,确保满足上述指标。同时核对型号AEC-Q101文件及生产变更,避免把质量体系证书当成系统安全证据。
EMB功率级MOSFET选型决策清单
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步骤 |
检查项 |
判定标准 |
验证方法 |
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1 |
耐压裕量 |
VDS\_max ≥ 48V×1.5(含尖峰) |
实测母线过冲 |
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2 |
热态RDS(on) |
@VGS=10V, Tj=175°C ≤ 目标值 |
高温台架测试 |
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3 |
独立冗余驱动 |
双通道物理隔离 |
原理图与PCB审查 |
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4 |
故障检测时间 |
≤ FTTI分解预算 |
故障注入测试 |
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5 |
安全状态转换 |
故障后进入安全关断 |
波形记录 |
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6 |
AEC-Q101覆盖 |
具体型号报告有效 |
文件审核 |
安全状态必须与器件失效模式对应
MOSFET短路可能导致执行器持续通电,开路可能导致制动力建立失败,间歇性栅极异常则可能形成难以诊断的抖动。每种失效都要对应检测信号、阈值、最大检测时间和安全状态,并检查安全机制本身是否共用同一电源或时钟。冗余通道只有在故障能够被隔离、剩余通道能力足够且转换过程受控时才真正有效,因此功能安全结论必须落到系统故障注入结果。
结语
EMB功率级的可靠性最终取决于器件承载能力与系统安全机制能否协同。东芝车载半导体XPH2R608QB可以作为48V执行器功率级的产品示例,低导通电阻方向有助于控制大电流损耗;冗余价值则来自独立供电、驱动、采样和故障隔离。两条链路都经过故障注入验证后,方案才形成闭环。