在汽車工業加速向電動化、智能化轉型的時代背景下，每一次方向盤的轉動都承載著對極致操控與安全的追求。作為車輛操控的「神經中樞」，電動轉向（EPS）系統不僅關乎駕駛體驗，更直接影響行車安全，其對功率控制的精準度與系統整合的複雜性提出了前所未有的挑戰。
安森美 (onsemi)以數十年深耕汽車半導體領域的技術積累為基礎，依託垂直整合的全產業鏈優勢，打造出貫穿EPS系統的全鏈路解決方案。透過創新功率元件、柵極驅動與先進感測元件的深度協同優化，安森美不僅實現了能量轉換效率的突破性提升，更將車輛轉向操控提升到更加精準的程度，為未來智慧出行開闢新的技術路徑。
MOSFET驅動EPS技術升級
EPS的技術發展呈現高效化、智能化與整合化的趨勢。傳統液壓轉向系統正逐步被電機驅動方案取代，無刷電機、非接觸式扭矩感測器及主動回正技術顯著提升了轉向精準度與可靠性。EPS在非轉向狀態下基本不消耗能量，轉向時能耗也明顯低於傳統液壓助力系統，且透過電機直驅轉向機構取代需要持續運作的液壓泵等部件，達到顯著的節能效果。
透過融合車載感測器與AI演算法，EPS已支援車道保持、自動停車等ADAS功能，並與線控轉向技術協同推進高階自動駕駛落地。其模組化設計透過簡化安裝流程及減輕零件重量，滿足整車輕量化需求，間接助力續航優化。
MOSFET作為核心功率元件在EPS系統的演進中發揮了重要作用。最常見的是協助馬達驅動系統中透過PWM信號精準控制BLDC，從而高效驅動轉向機構。此外，MOSFET還應用於功率轉換模組，例如DC-DC轉換器和逆變器，實現高效的能量轉換與功率控制。
在EPS電機驅動應用中，MOSFET承擔了輸入防反接、電機控制、繞組故障分斷等功能。隨著汽車電氣化的發展，48V供電系統正逐漸取代12V傳統系統，安森美最新的T10 MOSFET擁有豐富的40V和80V耐壓產品系列，透過選擇不同耐壓和電流參數的MOSFET，可設計出適合各種車型、不同供電電壓的EPS系統。
多樣化的任務需要MOSFET滿足多維度的嚴苛需求，以保障系統高效穩定運行。首先，在動態工況下（如大扭矩轉向），MOSFET需具備高電流瞬態的魯棒性，確保電機驅動的可靠性；同時，低導通電阻（RDS(ON)）與開關速度是實現高效電能轉換的關鍵，以降低功率損耗。此外，由於EPS常處於高溫、高負載的引擎艙環境，MOSFET需具備低熱阻和優異的熱穩定性，以避免因過熱導致性能衰減。
在可靠性層面，MOSFET需嚴格遵循車用級標準（如AEC-Q101），確保長期運行中參數穩定、壽命持久，減少維護成本；針對車輛啟動、制動時的電壓尖峰與電流浪湧，需內建續流二極體等保護機制，快速響應過壓、過流事件，保障系統安全。隨著電動車對空間利用率和輕量化的追求，MOSFET的小型化封裝和高度整合化設計也成為趨勢，可減少外部元件數量，簡化電路佈局。
安森美已有多款MOSFET應用於EPS系統中，新型的T10系列更是能滿足最嚴苛的能效要求。該系列採用屏蔽柵極溝槽設計，實現了超低柵極電荷（QG <10 nC）與低導通電阻的極致平衡，結合晶圓減薄技術將基板電阻對RDS(ON)的影響從50%降至22%，顯著提升了功率密度與熱性能。其軟恢復體二極體和低Qrr特性有效抑制電壓尖峰與電磁干擾，確保高可靠性，同時支持ORV3開放式機架標準，適配下一代大功率處理器。在汽車領域，T10系列涵蓋40V/80V電壓等級，支持48V車載系統與傳統12V架構。其中，T10-M採用特定應用架構，具有極低的RDS(ON)和軟恢復體二極體，專門針對電機控制和負載開關進行了優化。
安森美的新型MOSFET還採用了Top Cool 封裝技術透過頂部散熱設計提升熱管理效率，滿足車規級嚴苛要求。以Top Cool中的TCPAK57為例，其尺寸僅5mm x 7mm，在頂部有一個16.5mm²的散熱焊盤，可以將熱量直接傳導到散熱器上，而無需先經過PCB。採用TCPAK57封裝能充分利用PCB的兩面，減少PCB發熱，提高可靠性和功率密度。
柵極驅動與電流檢測的協同創新
柵極驅動器是實現馬達高效控制與系統安全的核心元件，其功能涵蓋功率轉換、動態響應與故障保護等多個層面。安森美透過高驅動能力、低損耗架構與智慧保護功能，不僅實現了馬達的精準控制，更透過與電流檢測技術的深度協同，為EPS系統的能源效率、安全性與可靠性提供了全方位的保障。
圖 FAD3171/FAD3151 單通道車用浮閘驅動器
FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 是 110V、2.5A 的多功能單通道車用柵極驅動器，適用於驅動最高達 110V 的高速功率 MOSFET。FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 集成了去飽和檢測功能，可在短路和過流情況下保護功率開關元件。這兩款驅動器還配備了軟關斷機制，當檢測到去飽和狀態時，會降低元件的關斷速度，以防止在重載條件下功率 MOSFET 因快速關斷時高 di/dt 導致的電壓尖峰損壞元件。
NCV51513和NCV51511是車用高邊和低邊柵極驅動器具有高驅動電流能力和選項，針對DC-DC電源和逆變器進行了優化。這兩款驅動器採用半橋或同步降壓架構驅動MOSFET，其中NCV51513為130V半橋驅動器，器件通過無死區（xA版本）或內部80ns死區（xB版本）與互鎖功能，保護輸出MOSFET免受過衝事件影響。NCV51511為80V驅動器，適用於在半橋或同步降壓配置中驅動N溝道MOSFET的高壓側和低壓側。
在EPS系統中，電流檢測技術扮演著工況感知的關鍵角色，透過即時監測電機相電流並回饋至控制系統，實現轉速和扭矩的精準調節與系統安全保護。安森美電流檢測放大器是一款集成增益電阻的高精度運算放大器，在減少系統功耗、簡化設計的同時，透過極低的溫度係數抑制阻值溫漂，進一步提升檢測精度。該類產品還具備低電流消耗、低壓供電、軌到軌輸出、超寬增益帶寬積、多通道集成及微型封裝等特性。
圖 安森美的電流檢測放大器
安森美提供三個產品系列，涵蓋不同的最高共模電壓。NCV21x系列最高可耐受26 V共模電壓，NCV2167x系列則可耐受40 V共模電壓，而NCV7041和NCV703x系列最高可工作在80 V共模電壓，適配48V供電系統。這些產品均採用零漂移架構，能夠實現極高的精度，允許在電路中選用盡可能小的採樣電阻，以降低採樣電阻的損耗。值得一提的是，零漂移架構能夠持續校準偏置電壓，這不僅可以保證偏置電壓維持在較低水平，還能減少偏置電壓隨溫度和時間的變化，提升產品在整個生命周期內的性能。此外，該架構還能降低採樣電阻直流電壓的低頻噪聲。
EPS參考設計
為了幫助客戶加快設計，安森美還提供完整的EPS參考設計，其特殊之處在於採用了冗餘的馬達驅動設計，即兩個三相全橋並聯以確保系統功能的可靠性，滿足轉向系統的功能安全需求。此外，安森美在設計中採用相電流檢測運算放大器來放大馬達電流信號，以便進行精準控制，設計工程師可在實際應用中根據空間和散熱需求選擇不同的MOSFET封裝類型。
從機械傳動到智能電控，汽車轉向系統的進化史，本質上是人類對駕駛自由不斷探索的縮影。安森美以系統級的創新設計，不僅重構了EPS的技術邊界，更在汽車電動化與智能化的浪潮中，為未來出行注入了無限可能。當技術突破與場景需求產生共振，安森美正用科技力量重新定義人與車的互動，讓每一次駕駛，都成為未來出行的預演。
本文轉自安森美公眾號。