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汽車控制器中更智能的電路保護?試試eFuse

發(fā)布時間:2024-07-16 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】在現(xiàn)代汽車和工業(yè)應(yīng)用中,可靠性至關(guān)重要。從汽車區(qū)域控制器,到工業(yè)應(yīng)用中的計算機數(shù)控等產(chǎn)品,無論最終產(chǎn)品是簡單還是復(fù)雜,如果不能保證可靠性,就很可能損害制造商的聲譽。此外,還需要考慮保修維修的成本,甚至是召回產(chǎn)品的成本。


在現(xiàn)代汽車和工業(yè)應(yīng)用中,可靠性至關(guān)重要。從汽車區(qū)域控制器,到工業(yè)應(yīng)用中的計算機數(shù)控等產(chǎn)品,無論最終產(chǎn)品是簡單還是復(fù)雜,如果不能保證可靠性,就很可能損害制造商的聲譽。此外,還需要考慮保修維修的成本,甚至是召回產(chǎn)品的成本。


然而,電子電路總歸都會出現(xiàn)故障,可能是由于外部影響,也可能是由于組件隨時間推移性能下降而引起。因此,根據(jù)良好的設(shè)計實踐,建議采用電路保護器件,以確保將故障的影響降至最低。


本文介紹了標(biāo)準(zhǔn)電路保護器件的局限性,以及如何利用電子保險絲改進設(shè)計。


最常見(且成本最低)的電路保護形式就是普通的保險絲。此類保險絲通?;谌埸c溫度較低的金屬絲或薄金屬帶。保險絲通常被插入電源供電線路中,超過額定電流時,保險絲中產(chǎn)生的熱量會使金屬絲/金屬帶熔斷,從而使電路與電源斷開連接。


這種斷開通常不是瞬時的,保險絲“熔斷”所需的時間與故障電流大小成反比。如果電流僅略高于保險絲額定值,它可能會繼續(xù)通過一段時間,從而影響供電軌,導(dǎo)致電路故障或損壞。


保險絲的使用并不方便;一旦保險絲熔斷,就需要更換(通常需要由用戶進行更換)。如果用戶(無意或故意)使用了錯誤的額定值,則會構(gòu)成火災(zāi)風(fēng)險。


對于電路保護,還可以使用其他器件,如正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻。這些安裝在PCB上的器件電阻會隨著溫度升高而增加,從而限制電流流動。只要過電流不過大(否則PTC熱敏電阻將變?yōu)殚_路),隨著電流的減小,溫度將會下降,并恢復(fù)正常運行。


雖然不再需要更換保險絲,但PTC熱敏電阻是非線性的,而且鑒于其工作原理,不適用于寬溫度范圍的應(yīng)用。


電子保險絲


電子保險絲(也稱eFuses,此術(shù)語由安森美在首次推出此類器件時創(chuàng)造)是當(dāng)今提供基本的電路保護功能以及許多附加功能的一種替代方案。通常,它們能夠提供過流(包括短路)、過壓、反向電流和過熱保護。


盡管這些創(chuàng)新器件有許多應(yīng)用領(lǐng)域,但它們通常用于熱插拔情況,或者經(jīng)常出現(xiàn)電源故障的場景。此外,還可用于極有可能發(fā)生負(fù)載故障的應(yīng)用,或需要限制浪涌電流的系統(tǒng)。


使能引腳與高精度電流控制機制相結(jié)合,使該器件融合了負(fù)載開關(guān)和保險絲的功能,成為現(xiàn)代配電架構(gòu)中負(fù)載點控制系統(tǒng)的基本構(gòu)建模塊。


電子保險絲的主要優(yōu)勢在于靈活性和自動復(fù)位功能,無需用戶進行干預(yù)。作為智能器件,這些額外特性使電子保險絲能夠在系統(tǒng)中實現(xiàn)更多功能,而不僅限于過壓/過流保護(電子保險絲在這些方面表現(xiàn)出色)。


例如,許多電子保險絲都包括power good(“PGOOD”)引腳,可以與系統(tǒng)控制器配合使用,精確地按序?qū)ü╇娷?。一些電子保險絲還包括三態(tài)引腳,可用于確保同時導(dǎo)通和關(guān)斷多個供電軌。


電子保險絲能夠檢測反向電流(傳統(tǒng)保險絲無法實現(xiàn)),因此在需要ORing的冗余電源應(yīng)用中非常有用。此外,也適用于在系統(tǒng)關(guān)斷后需要大容量電容保持電荷的情況,通常用于限制啟動時的浪涌電流。


汽車控制器中更智能的電路保護?試試eFuse

圖1:電子保險絲提供多種功能來增強保護


在許多應(yīng)用中,電容(或容性負(fù)載)可能會帶來挑戰(zhàn),導(dǎo)致較大的浪涌電流,從而可能損壞元件或PCB線路。電子保險絲可以提供多種功能來幫助設(shè)計人員解決這一問題,例如自恢復(fù)或限制浪涌電流,使電容以受控方式充電。

作為智能器件,電子保險絲可以監(jiān)測溫度、電壓和電流,并將數(shù)據(jù)傳遞給系統(tǒng)控制器。這在檢測故障早期預(yù)警信號時尤為有用。


汽車應(yīng)用中的電子保險絲

隨著汽車中融合越來越多的技術(shù),為確保可靠運行和防止損壞,對于電路保護的需求也隨之增加。電路保護在汽車中尤為重要,因為電池的電流能力足以破壞精密的電子元件。


電子保險絲通常用于子系統(tǒng)(例如抬頭顯示器或信息娛樂系統(tǒng))的電力線中,以便在發(fā)生故障時斷開和關(guān)閉這些系統(tǒng)。


在部分位于車輛外部的系統(tǒng)中,外部元件損壞可能會導(dǎo)致短路,從而損壞內(nèi)部電路。例如車載資訊系統(tǒng),其外部LNA和GPS天線通過電子保險絲連接,以保護車內(nèi)電路。


如果將車輛系統(tǒng)劃分為不同區(qū)域,則可以在系統(tǒng)內(nèi)級聯(lián)電子保險絲,提供整體保護以及子系統(tǒng)保護。


汽車控制器中更智能的電路保護?試試eFuse

圖2:有時汽車區(qū)域控制應(yīng)用中會使用級聯(lián)電子保險絲


例如,在先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)域控制器中,可以在電源和主系統(tǒng)之間連接主保險絲,而次級保險絲可以用于保護系統(tǒng)外設(shè),如外部安裝的超聲波停車輔助傳感器單元。


現(xiàn)代汽車中的線束是一個復(fù)雜的子系統(tǒng)。一旦車輛組裝完成,線束的更換成本高且操作困難,因此保護至關(guān)重要。線束連接著許多耗電設(shè)備(風(fēng)扇、車窗電機、空調(diào)、其他執(zhí)行器)。通常在這些系統(tǒng)前會使用保險絲,從而保護線束免受過大電流的影響。


最新電子保險絲技術(shù)示例

安森美NIV(S)3071是一款60 VDC、65 VTR的電子保險絲,將四個獨立通道集成到單個5.0 mm x 6.0 mm 封裝中,每個通道可支持高達(dá)2.5 A 的連續(xù)電流(共10 A)。每個通道的RDSon值僅為80 mΩ,確保將電子保險絲內(nèi)的能耗降至更低水平。


所有通道都具備可配置電流限制,其他功能包括輸出電壓箝位、指示故障的數(shù)字標(biāo)志、可配置的電流跳閘時間以及固定的1 ms 軟啟動。


NIV3071能夠在-40oC到+150oC的結(jié)溫(TJ)范圍內(nèi)工作,并提供2 kV 的ESD保護,非常適用于要求苛刻的汽車應(yīng)用,包括12 V 和48 V。


NIV(S)4461是一款電子保險絲,可在工業(yè)自動化、電信、計算等應(yīng)用中提供過流、欠壓和浪涌電流保護。該器件可支持高達(dá)360 V 電壓,以及高達(dá)4.2 A 的連續(xù)電流。


該器件的顯著特點包括低電阻(典型RDSon= 39 mΩ)和快速跳閘時間。該器件還包括可編程電流限制(21-157A)、欠壓和可調(diào)轉(zhuǎn)換速率控制。用戶可配置的功能包括閂鎖和自恢復(fù)。


NIV(S)4461采用DFNN1024封裝,尺寸僅為3.0 mm x 3.0 mm。它采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳布局,符合UL2367和IEC62368標(biāo)準(zhǔn)。


總結(jié)


電路保護是現(xiàn)代設(shè)計的重要組成部分,能夠確保電路和系統(tǒng)可靠性,并在發(fā)生故障或意外情況時最大程度地減少損壞。


盡管傳統(tǒng)保險絲提供了一定程度的保護,但現(xiàn)代電子保險絲具備更高的精度、更大的靈活性和更豐富的功能,顯著提高了保護水平。

文章來源:安森美


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