东芝车载3相无刷电机栅极驱动IC

2025-03-13 17:47

东芝——符合最新功能安全标准的栅极驱动IC
适用于电动助力转向系统（EPS）、电动制动系统等3相直流无刷电机应用。

产品亮点

·内置３通道安全继电器驱动IC

·采用小型VQFN48封装，贴装面积减少大约66%^[1]（经验证可在贴装温度循环测试中承受3,000次循环）

·内置用于外部MOSFET的自诊断电路

汽车设备的开发必须符合ISO 26262道路车辆功能安全标准^[2]。当然，汽车设备中采用的半导体器件和其他电子元件也不例外，必须符合这个标准.。

东芝电子元件及存储装置株式会社（“东芝”）推出符合ISO26262标准，支持ASIL-D安全等极^[4]的车载3相直流无刷电机栅极驱动IC^[3]－“TB9083FTG”^[4]。该器件驱动外部 MOSFET 以旋转3相直流无刷电机（图1），并且可驱动所有3相的上下MOSFET，即六个MOSFET。器件适用的应用示例包括电动助力转向系统（简称EPS）、电动制动和线控换档系统。

图1：内部方框图和应用电路示例

东芝此前于2017年8月发布了符合ISO 26262标准的栅极驱动IC ——“TB9081FG”。TB9083FTG是在“TB9081FG”基础上改进的升级产品。
主要改进是通过冗余、ABIST（模拟内置自检）和LBIST（逻辑内置自检）电路实现功能的稳定性。这些对于通过ISO 26262标准是必不可少的。在功能冗余方面，与TB9081FG一样，TB9083FTG内置两个带隙参考电压电路，并新增两个内置时钟振荡电路（OSC）。目的是尽量减少相关故障的发生。另一方面，ABIST和LBIST负责检查内部诊断功能是否正常工作。检查结果可通过SPI通信读出。

内置3通道安全继电器驱动IC

TB9083FTG有三大改进。首先，与TB9081的五个通道相比，仅包含三个用于安全继电器的通道。安全继电器可以在出现电机或外部MOSFET等异常点时实现电气切断。根据客户反馈，三个通道足以满足系统需求。对于EPS，两个通道分别用于电源继电器和反极性保护继电器，另一个通道用于电机继电器，切断电机的控制电路。（图2）

TB9083FTG优点（1）

内置冗余／非冗余3通道继电器驱动IC

图2：使用安全继电器示例

采用小型封装减小贴装面积（达66%[1]）

第二个特点是采用VQFN 48pin封装（7.0mm×7.0mm）减小PCB贴装面积（表1）。由于TB9081FG采用64-LQFP封装，贴装面积为12.0mm×12.0mm（包括外部引线），因此，相比之下贴装面积减少了大约一半。选择小型封装与ISO 26262密切相关，因为ISO 26262可能需要采用冗余器件保障功能的稳定性，以确保达到更高安全级别。利用这种冗余配置，即使一个TB9083FTG发生故障，另一个TB9083FTG仍然可以驱动电机。然而，如果使用两个器件，PCB贴装面积会增加一倍。因此TB9083FTG采用小型封装来防止增加贴装面积。

TB9083FTG优点（2）

表1：三款器件对比

此外，为了进一步减少所需的PCB贴装面积，TB9083FTG还采用内置电阻，用来调整电机电流采样放大器的增益和参考电压。TB9081FG则需要在外部配置这些电阻器。增益可通过串行接口SPI设置。

内置外部MOSFET自诊断电路

第三个特点是内置定序器和验证电路，用于检测外部MOSFET开路和短路故障。TB9083监测３相中每相上臂和下臂的中点（图3）。微控制器通过SPI读出诊断结果。对于这种诊断，TB9081FG需要使用微控制器的内置AD转换器（ADC）和外部偏置电阻监测电机端子电压。除了不需要使用微控制器（MCU）中的A-D转换器进行这种诊断，另一个优点是减少软件代码数量，而且消除了诊断所需的外部电阻。

TB9083FTG优点（3）

用于外部MOSFET的自诊断电路

图3：传统系统与TB9083FTG解决方案对比

经验证可承受3,000次温度循环测试

QFN封装采用可焊锡侧翼结构^[5]，便于使用自动光学检测（AOI）系统可以对焊点进行目检，并有助于提高焊点的可靠性。此外，东芝已验证封装可在贴装温度循环测试中能承受3,000次循环。

通过3,000次循环测试

类别	项目	测试条件
测试温度		-40℃～125℃ 浸泡时间：20分钟升温时间：10分钟 → 1个循环/小时
不合格标准		初始阻值漂移10%
IC	封装	VQFN48-0707-0.50 （可焊锡侧翼）
IC	镀层	Sn
PCB	尺寸	35mm×35mm×1.6mmt
	层数	6层
	材料	FR-4
	表面处理	OSP（有机可焊性防腐剂）
焊接	焊料	SAC305
	屏蔽层厚度	130um
	回流焊加工过程中峰值温度	230℃至250℃
	QFN的E-pad与PCB之间焊接	执行

表2：贴装温度循环测试结果和测试条件

东芝将继续强化符合ISO 26262标准第二版的要求的栅极驱动IC产品线，以支持车载3相直流无刷电机应用。东芝将向市场持续推出具有优化功能和性能的IC产品，满足客户需求，为提升车载设备的电气化和安全性做出贡献。

注：

[1]与东芝现有产品TB9081FG （12.0mm×12.0mm（典型值））对比

[2]旨在最大限度降低系统故障造成风险的功能安全标准。重要的是，确保为第三方提供关于系统安全性的合理解释。ISO 26262是面向车载应用的功能安全标准，规定了确保实现所需功能安全的开发流程。
[3]用于驱动MOSFET的驱动IC
[4]ASIL：Automotive Safety Integrity Level，D：等级D（A至D级，D为最高级）
[5]封装的外引线形状

以上内容引用自东芝官网，网址：车载3相无刷电机栅极驱动IC：TB9083FTG | 东芝半导体&存储产品中国官网

东芝Mosfet在车载应用领域主要推广型号如下：