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基本的熱激活易熔連接——更確切地說(shuō)是保險絲，從電和電力的最早時(shí)代起就一直伴隨著(zhù)人們。保險絲只有一種作用，而且效果很好：當電流過(guò)大并導致其元件熔化時(shí)，保險絲會(huì )在幾毫秒到幾秒鐘的時(shí)間內（具體取決于型號）從一個(gè)接近完美的電流導體變成接近理想的開(kāi)路。 只要選擇了保險絲，安裝、使用就變成一項簡(jiǎn)單的工作，因為我們無(wú)需為保險絲選擇連接方式，無(wú)需進(jìn)行初始化或配置。保險絲只是一個(gè)提供關(guān)鍵電路保護的雙端設備，可使設計更容易地滿(mǎn)足許多監管和安全要求。 保險絲有無(wú)數種物理配置和額定電流，但其中有一些是比較常見(jiàn)的。比較常見(jiàn)保險絲樣式有 3AG 玻璃保險絲（直徑為 1/4 英寸，長(cháng) 1¼ 英寸），通常用于較小的商業(yè)、工業(yè)保險絲以及一些線(xiàn)路操作的消費類(lèi)保險絲；此外，還有廣泛應用于汽車(chē)領(lǐng)域的刀片式保險絲（圖 1）。 
圖 1：3AG 款式保險絲是最早的大眾化保險絲樣式之一，目前仍在使用（左）；而汽車(chē)行業(yè)最終采用了更薄的刀片式保險絲本體（右）。（圖片來(lái)源：Littelfuse, Inc.） 具有諷刺意味的是，3AG 竟然是“3 號汽車(chē)玻璃”的簡(jiǎn)稱(chēng)，最初是在 1930 年代為汽車(chē)設計的。然而，隨著(zhù)汽車(chē)中保險絲使用量的增加，汽車(chē)行業(yè)不再使用 3AG，而是開(kāi)發(fā)出了刀片式保險絲。 盡管保險絲有許多有益的特性，也獲得了巨大成功，每年使用量有數百萬(wàn)（或數十億？）之多就是見(jiàn)證，但時(shí)代和設計需求都在不斷的變化。近年來(lái)，電子保險絲（通常寫(xiě)成 eFuse 或 e-Fuse）已成為一種廣泛使用的替代品，或者說(shuō)是對熱保險絲產(chǎn)品的補充。有些設計同時(shí)采用了電子保險絲和熱保險絲，前者用于局部電路保護，后者用于系統級保護。 基本電子保險絲的主要特點(diǎn)之一是其只有幾毫秒或更短的快速響應時(shí)間，但其屬性并不限于此。雖然許多電子保險絲最初是針對熱插拔應用等子電路的保護，但一些 eFuse 很快就通過(guò)了相應的 UL 和 IEC 標準的認證，使其獲準用于與安全有關(guān)的保護。 電子保險絲已遠超其基本的電流切斷功能 由于電子保險絲是基于硅的固態(tài)器件，因此通過(guò)增加額外的特性和功能，很快就與其他基本 IC 的發(fā)展沒(méi)有區別了。這些功能包括可由用戶(hù)設定的電流閾值、閉鎖輸出、可選的自動(dòng)重啟、電源良好信號、電流水平監測、反向電流阻斷和熱關(guān)斷。 例如，Texas Instruments 的 TPS25210ARPWR 是一款 2.7 V 至 5.7 V、4 A、31 mΩ 的電子保險絲，其響應時(shí)間為 500 ns（典型值）（圖 2）。用戶(hù)可以通過(guò)外部電流檢測電阻器在 0.5 A 至 4.44 A 之間設定限流值。
TPS25210ARPWR 是一款適用于中等電流水平的基本電子保險絲；除了在超過(guò)其閾值時(shí)切斷電流的進(jìn)基本功能外，還具有一些有用的功能。（圖片來(lái)源：Texas Instruments） 除了基本熔斷外功能外，這種電子保險絲還能防止過(guò)載、短路、電壓浪涌、反極性和過(guò)大的浪涌電流。對于有特定浪涌電流要求的應用，設計人員可以通過(guò)外部電容器來(lái)設置其輸出壓擺率。通過(guò)箝制輸出電壓，使其穩定在一個(gè)安全的、可通過(guò)引腳選擇的最高電壓，以保護負載免受輸入過(guò)壓的影響。 諸如此類(lèi)的電子保險絲具有許多功能，使原本“笨重”的保險絲功能變得更智能、更靈活，并向受保護系統提供更多的信息和幫助。這與具有恒定額定電流的傳統熱保險絲形成了鮮明的對比。 不是你的基本電子保險絲 易熔連接的有限功能和缺乏 I/O 連接，與當今的智能、網(wǎng)絡(luò )化車(chē)輛的需求相悖。相比之下，電子保險絲的許多功能使其對汽車(chē)應用特別有吸引力。為此，業(yè)界已經(jīng)開(kāi)發(fā)出符合嚴格的汽車(chē)標準的電子保險絲，并增加了許多所需的額外功能。 例如 VNF1048F 器件，這是一款由 STMicroelectronics 最近推出的、通過(guò) AEC-Q100 認證的、用于汽車(chē)配電應用的高壓側開(kāi)關(guān)控制器。該器件將更強的系統保護功和診斷功能與 STMicroelectronics 的“I2-t”硅保險絲技術(shù)整合在一起（圖 3）。
圖 3：獲得 AEC-Q100 認證的 VNF1048F 是一款電子保險絲，但這款產(chǎn)品包括一個(gè)高壓側開(kāi)關(guān)控制器以及許多其他功能和連接選項。（圖片來(lái)源：STMicroelectronics） VNF1048F 與 12 V、24 V 和 48 V 汽車(chē)電源子系統兼容。憑借其靈活性，這款產(chǎn)品非常適合最新的汽車(chē)“分區”電子/電氣架構，這種架構可提高效率、可靠性，同時(shí)還支持增加電氣化以及額外的智能駕駛功能。 I2-t 功能提供了反應快速、可復位和可靠的過(guò)電流保護。硅保險絲還有助于簡(jiǎn)化汽車(chē)線(xiàn)束，取消了用戶(hù)可接觸到的保險絲盒和相關(guān)電纜，從而減輕了重量。 功能豐富、適應性強的 VNF1048F 有一個(gè) 32 位串行外設接口 (SPI)，架兼容 3.3 V 和 5 V CMOS 邏輯電平，允許主微控制器進(jìn)行配置并監測系統保護和診斷功能。這些功能包括欠壓和過(guò)溫保護、用于外部 MOSFET 驅動(dòng)的兩級充電泵，以及 MOSFET 熱保護、去飽和關(guān)斷以及 I2-t 保險絲設置。 該器件使用外部高壓側分流電阻器，內置了高精度數字電流檢測功能。該器件還集成了模數轉換器 (ADC)，用于檢測感溫熱敏電阻器的電壓 (VNTC)、輸出電壓 (VOUT) 和 MOSFET 漏源電壓 (VDS)。 像 VNF1048F 這樣功能齊全的智能控制器，不僅僅是集成了一些相關(guān)功能。該器件還嵌入了復雜的狀態(tài)機，用于管理并確保其性能、動(dòng)作和反應與其所監控的系統需求相匹配（圖 4）。
圖 4：VNF1048F 的工作和定序狀態(tài)圖清楚地表明了它是如何以及為什么遠超基本型電子保險絲的。（圖片來(lái)源：STMicroelectronics） 為了與其高水平功能和高集成度相稱(chēng)，VNF1048F 附帶一份 52 頁(yè)的數據手冊。對于計劃使用該器件的所有人來(lái)講，最好能去了解該器件支持的許多模式、功能、初始化和設置；在使用之前需要做很多功課的。 最后一點(diǎn)含蓄地說(shuō)明了使用如此復雜的部件時(shí)可能存在的擔憂(yōu)。老式的普通熱保險絲的優(yōu)點(diǎn)之一是，一旦選擇了合適的器件，你就幾乎不再需要進(jìn)一步的設計工作。只需將保險絲放入電路中就大功告成：無(wú)需進(jìn)行功能初始化，無(wú)需設置參數，無(wú)需確定協(xié)議，也無(wú)需通過(guò)鏈接下載。相比之下，高級電子保險絲則需要較多設計導入時(shí)間、精力以及調試工作。 結語(yǔ) 這是永恒的工程設計困境的一部分：是保持簡(jiǎn)單并接受有限的靈活性，還是致力于更先進(jìn)的組件，你知道這是需要付出更多的努力來(lái)實(shí)現的嗎？就電子保險絲而言，在很大程度上由于汽車(chē)設計的復雜性和靈活性要求越來(lái)越高，看起來(lái)為此經(jīng)受痛苦也是值得的。 |
