现代车辆电气系统的结构变得越来越复杂。这是由于负载数量的增加，从铅酸电池转变为锂离子或其他类型电池，以及对失效可操作等功能安全措施的需求。
1. 断开开关当今面临的挑战
现代车辆电气系统的结构变得越来越复杂。这是由于负载数量的增加，从铅酸电池转变为锂离子或其他类型电池，以及对失效可操作等功能安全措施的需求。这些因素使得电池和负载隔离开关的使用也在增加，MOSFET成为了首选的大负载开关。为了实现稳态操作的主开关所需的通态电阻，通常会并联多个MOSFET。在许多情况下，主开关是双向的，可以阻止电池的充放电方向的电流。图一给出了电池断开开关的简化电路示意图。这种需要在两个方向上阻止电流是由于在故障事件（如过电压或由于短路造成的过电流）发生时所采取的保护措施。这对于离板连接尤其重要，比如连接其他控制单元与断开开关的线束。这些线束有很大的电感，必须在过电流关断后加以考虑。线束的电感储存相当大的能量，这些能量必须通过断开开关MOSFET或其他保护电路（如续流二极管）来耗散。
图1 带续流二极管和预充电路的典型双向电池断开开关
1.1
电容充电和冲击电流限制
在断开开关应用中，经常需要给靠近负载侧的大电容充电。然而，常规的MOSFET是不适合限制流进大电容的冲击电流的，这是因为安全工作区和转移特性的限制，比如跨导。
因为漏极电流对门极电压的依赖性，即跨导，非常陡峭，控制MOSFET的冲击电流会变得非常有挑战性。此外，温度系数通常也会对SOA产生影响。因此，限制电流通常变成不可能的任务。MOSFET有2个工作区域，表现在转移特性上的热稳定和热不稳定区域，如图2所示。高正温度系数导致的热不均匀分布或者热失控，工作在热不稳定区域会导致严重的性能衰退。另一方面，即使工作在热稳定区域，芯片的热分布也是均匀的，大电流也会引起高的自发热。由于优化RDS(on)的MOSFET具有高ZTC的特点，几乎不可能令其可靠的工作在线性模式，这使得其不适合许多应用场合。
图2 标准OptiMOSTM 5 沟槽 MOSFET安全工作区和转移特性
因此，典型的充电概念是通过使用昂贵的大功率电阻和一个小功率MOSFET组成独立的预充路径来限制电流,如图1所示。另一种方案是，带软启功能的DCDC变换器也可以用来给直流侧电容充电，花费可能更多。
图3是功率电阻预充电路的示例充电波形。在这个例子中，1ohm的电阻用来给33mF的电容充电。曲线的形状是渐进的接近目标电容电压48V。充电过程在整个期间逐渐缓慢，这就是大家熟知的RC时间常数的行为。电阻上的损耗随电流剧烈地衰减。因此，电阻功率和自发热的单独控制不大可能最大化实现电容的充电速度。
图3 带预充电路的0至48V电容充电（1ohm, 33mF）
1.2
短路鲁棒性（ 雪崩击穿和主动电压钳位）
断开开关的一个显著挑战是保证短路时电路的鲁棒性。当检测到短路或者过流故障，MOSFET就会被关断以保护系统和MOSFET，避免失效。然而，存储在线缆电感中的能量依旧需要被消耗。如果没有额外的对抗措施，这些能量就会通过断开开关MOSFET的雪崩击穿来消耗。700A短路关断电流下的雪崩击穿仿真简化电路和仿真波形如图4、图5所示。为了避免栓锁效应引起的损坏和过热，需要使用雪崩电流和雪崩能量额定值大的MOSFET。如果超过MOSFET的电流或者能量额定值，额外的保护措施是必要的。
因为寿命周期内热载流子注入效应的影响，雪崩击穿一个需要面临的共同挑战是限制其暴露的时间。雪崩时，器件内部产生的强电场加速自由载流子会影响离子区。然而一些热载流子可能会注入到门极氧化物，从而导致参数漂移，限制器件寿命，进而限制雪崩击穿暴露的时间和雪崩击穿发生的次数。
图4 考虑寄生参数的简化48V断开开关短路方案
图5 短路关断后雪崩击穿仿真示例
有源钳位的使用使得这些能量可以用不同的方式被消耗。这需要器件工作在线性区而不是雪崩击穿，通过限制漏源极电压低于击穿电压，但高于电池电压来实现。在钳位期间，需要维持小的门极电压水平以保持沟道打开的状态，从而导通电流并限制漏源电压。
图6给出了有源钳位的仿真示意。可是让MOSFET工作在热不稳定区域会导致严重的问题。而且，让具有陡峭转移特性的器件并联工作在线性模式几乎是不可能的。因为制程导致的门极门槛电压的偏差，可能会让并联工作的MOSFET中的一颗承担几乎所有的电流。
图6 短路关断后有源钳位仿真示例
2. 双门极MOSFET介绍
IAUTN08S5N012L双门极MOSFET就是以优化电容充电和短路的概念来设计的。这个创新的方式通过取消单独的预充电路实现降本。而且，该设计加强了系统的短路鲁棒性，为可靠且高效的性能应用需求提供了理想的选择。表2、图7分别给出了产品特性概览，封装和等效电气符号。
表2
