【導讀】在現代汽車(chē)和工業(yè)應用中，可靠性至關(guān)重要。從汽車(chē)域控制器，到工業(yè)應用中的計算機數控等產(chǎn)品，無(wú)論最終產(chǎn)品是簡(jiǎn)單還是復雜，如果不能保證可靠性，就很可能損害制造商的聲譽(yù)。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。
在現代汽車(chē)和工業(yè)應用中，可靠性至關(guān)重要。從汽車(chē)域控制器，到工業(yè)應用中的計算機數控等產(chǎn)品，無(wú)論最終產(chǎn)品是簡(jiǎn)單還是復雜，如果不能保證可靠性，就很可能損害制造商的聲譽(yù)。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(huì )出現故障，可能是由于外部影響，也可能是由于組件隨時(shí)間推移性能下降而引起。因此，根據良好的設計實(shí)踐，建議采用電路保護器件，以確保將故障的影響降至最低。
本文介紹了標準電路保護器件的局限性，以及如何利用電子保險絲改進(jìn)設計。
最常見(jiàn)（且成本最低）的電路保護形式就是普通的保險絲。此類(lèi)保險絲通?；谌埸c(diǎn)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(xiàn)路中，超過(guò)額定電流時(shí)，保險絲中產(chǎn)生的熱量會(huì )使金屬絲/金屬帶熔斷，從而使電路與電源斷開(kāi)連接。
這種斷開(kāi)通常不是瞬時(shí)的，保險絲“熔斷”所需的時(shí)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(huì )繼續通過(guò)一段時(shí)間，從而影響供電軌，導致電路故障或損壞。
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(hù)進(jìn)行更換）。如果用戶(hù)（無(wú)意或故意）使用了錯誤的額定值，則會(huì )構成火災風(fēng)險。
圖 1：保險絲和 PPTC 熱敏電阻通常用于電路保護
對于電路保護，還可以使用其他器件，如正溫度系數 (PTC) 熱敏電阻。這些安裝在 PCB 上的器件電阻會(huì )隨著(zhù)溫度升高而增加，從而限制電流流動(dòng)。只要過(guò)流不太大（否則 PTC 熱敏電阻將變?yōu)殚_(kāi)路），隨著(zhù)電流的減小，溫度將會(huì )下降，并恢復正常運行。
雖然不再需要更換保險絲，但 PTC 熱敏電阻是非線(xiàn)性的，而且鑒于其工作原理，不適用于寬溫度范圍的應用。
電子保險絲
電子保險絲（也稱(chēng) eFuses，此術(shù)語(yǔ)由安森美 (onsemi) 在首次推出此類(lèi)器件時(shí)創(chuàng )造）是當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(guò)流（包括短路）、過(guò)壓、反向電流和過(guò)熱保護。
盡管這些創(chuàng )新器件有許多應用領(lǐng)域，但它們通常用于熱插拔情況，或者經(jīng)常出現電源故障的場(chǎng)景。此外，還可用于極有可能發(fā)生負載故障的應用，或需要限制浪涌電流的系統。
使能引腳與高精度電流控制機制相結合，使該器件融合了負載開(kāi)關(guān)和保險絲的功能，成為現代配電架構中負載點(diǎn)控制系統的基本構建模塊。
電子保險絲的主要優(yōu)勢在于靈活性和自動(dòng)復位功能，無(wú)需用戶(hù)進(jìn)行干預。作為智能器件，這些額外特性使電子保險絲能夠在系統中實(shí)現更多功能，而不僅限于過(guò)壓/過(guò)流保護（電子保險絲在這些方面表現出色）。
例如，許多電子保險絲都包括power good（“PGOOD”）引腳，可以與系統控制器配合使用，精確地按序導通供電軌。一些電子保險絲還包括三態(tài)引腳，可用于確保同時(shí)導通和關(guān)斷多個(gè)供電軌。
電子保險絲能夠檢測反向電流（傳統保險絲無(wú)法實(shí)現），因此在需要 ORing 的冗余電源應用中非常有用。此外，也適用于在系統關(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(dòng)時(shí)的浪涌電流。
圖 2：電子保險絲提供多種功能來(lái)增強保護。
在許多應用中，電容（或容性負載）可能會(huì )帶來(lái)挑戰，導致較大的涌入電流，從而可能損壞元件或 PCB 線(xiàn)路。電子保險絲可以提供多種功能來(lái)幫助設計人員解決這一問(wèn)題，例如自恢復或限制浪涌電流，使電容以受控方式充電。
作為智能器件，電子保險絲可以監測溫度、電壓和電流，并將數據傳遞給系統控制器。這在檢測故障早期預警信號時(shí)尤為有用。
汽車(chē)應用中的電子保險絲
隨著(zhù)越來(lái)越多的技術(shù)被應用到汽車(chē)中，為確?？煽窟\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(chē)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（例如抬頭顯示器或信息娛樂(lè )系統）的電力線(xiàn)中，以便在發(fā)生故障時(shí)斷開(kāi)和關(guān)閉這些系統。
在部分位于車(chē)輛外部的系統中，外部元件損壞可能會(huì )導致短路，從而損壞內部電路。例如車(chē)載資訊系統，其外部 LNA 和 GPS 天線(xiàn)通過(guò)電子保險絲連接，以保護車(chē)內電路。
如果將車(chē)輛系統劃分為不同區域，則可以在系統內級聯(lián)電子保險絲，提供整體保護以及子系統保護。
圖 3：有時(shí)汽車(chē)域控應用中會(huì )使用級聯(lián)電子保險絲。
例如，在先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS) 域控制器中，可以在電源和主系統之間連接主保險絲，而次級保險絲可以用于保護系統外設，如外部安裝的超聲波停車(chē)輔助傳感器單元。
現代汽車(chē)中的線(xiàn)束是一個(gè)復雜的子系統。一旦車(chē)輛組裝完成，線(xiàn)束的更換成本高且操作困難，因此保護至關(guān)重要。線(xiàn)束連接著(zhù)許多耗電設備（風(fēng)扇、車(chē)窗電機、空調、其他執行器）。通常在這些系統前會(huì )使用保險絲，從而保護線(xiàn)束免受過(guò)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(gè)獨立通道集成到單個(gè) 5.0 mm x 6.0 mm 封裝中，每個(gè)通道可支持高達 2.5A 的連續電流（共 10A）。每個(gè)通道的 RDSon 值僅為 80 mΩ，確保將電子保險絲內的能耗降至最低。
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、指示故障的數字標志、可配置的電流動(dòng)作時(shí)間以及固定的 1 ms 軟啟動(dòng)。
NIV3071 能夠在 -40oC 到 +150oC 的結溫 (TJ) 范圍內工作，并提供 2 kV 的 ESD 保護，非常適用于要求苛刻的汽車(chē)應用，包括 12V 和 48V。
NIV(S)4461 是一款電子保險絲，可在工業(yè)自動(dòng)化、電信、計算等應用中提供過(guò)流、欠壓和浪涌電流保護。該器件可支持電壓高達 360 V 的連續電流。
該器件的顯著(zhù)特點(diǎn)包括低電阻（典型 RDSon = 39 mΩ）和快速動(dòng)作時(shí)間。該器件還包括可編程電流限制 (21-157A)、欠壓和可調擺率控制。用戶(hù)可配置的功能包括閂鎖和自恢復。
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)標準引腳布局，符合 UL2367 和 IEC62368 標準。
總結
電路保護是現代設計的重要組成部分，能夠確保電路和系統可靠性，并在發(fā)生故障或意外情況時(shí)最大程度地減少損壞。
盡管傳統保險絲提供了一定程度的保護，但現代電子保險絲具備更高的精度、更大的靈活性和更廣泛的功能集，顯著(zhù)提高了保護水平。
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