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作者：安森美公司 簡(jiǎn)介 汽車(chē)電氣化推動(dòng)了電子保險絲“eFuse”取代機械繼電器和熔斷器，以實(shí)現更緊湊、更高效的解決方案。NIV3071 eFuse 可保護下游電路免受過(guò)流、過(guò)溫和接地短路事件的影響，并可通過(guò)開(kāi)漏 FAULT 引腳提供故障指示器。該器件具有四個(gè)集成高側通道，可以通過(guò) EN 引腳獨立控制，也可以并聯(lián)在一起以用于更大的負載。該器件具有可配置的電流限制功能和導通時(shí)間，可支持多種負載。 汽車(chē)應用中的 NIV3071 在汽車(chē)應用中使用 NIV3071 有幾個(gè)優(yōu)勢。該器件采用 6x5 mm 封裝，與機械繼電器和熔斷器等傳統解決方案相比，大大減少了所需的電路板面積。與這些傳統解決方案相比，eFuse 在發(fā)生故障時(shí)無(wú)需更換，因為其保護功能將同時(shí)保護器件和負載，從而在整個(gè)車(chē)輛中實(shí)現分布式區域控制架構。該器件有兩個(gè)版本：鎖存型和自動(dòng)重試型。如果發(fā)生故障，鎖存器件將鎖閉，直到通過(guò)切換 EN 引腳或功率循環(huán)發(fā)送命令為止。自動(dòng)重試器件將等待 3 ms，如果進(jìn)入熱關(guān)斷保護，則會(huì )等待足夠冷卻芯片的時(shí)間，然后再?lài)L試重新導通。 與傳統保險絲相比，NIV3071 的另一個(gè)優(yōu)勢是在發(fā)生故障時(shí)，其短路響應時(shí)間非�？�，僅為 6 s。與圖 1 所示的傳統保險絲相比，這分別降低了峰值電流和功耗，對任何相關(guān)線(xiàn)束的峰值電流和額定功率都有益。此外，快速響應時(shí)間可防止輸入電源電壓驟降，從而保護任何安全攸關(guān)的負載以及使用同一電源的其他負載，如圖 2 所示。 
圖 1.左側插片式保險絲，中心 PTC，右側 NIV3071 eFuse
圖 2.同一電源上有多個(gè) eFuse NIV3071 由四個(gè)集成通道組成，可以獨立驅動(dòng)，也可以并聯(lián)在一起，以提供更多負載電流，如圖 3 所示。輸入可以由不同的電源或公共電源供電。憑借這種靈活性，NIV3071 可以通過(guò)同一器件輕松支持 48 V 和 12 V 負載。這在汽車(chē)應用中非常有利，因為通過(guò)一個(gè)器件即可保護 ECU（電子控制單元）中的 48 V 和 12 V 負載。
圖 3.NIV3071 的配置 該器件應與穩壓電源搭配使用。由于該器件具有 UVLO 功能且無(wú)反向電流保護，因此不建議用在需要冷啟動(dòng)和拋負載（負載突降）的其他汽車(chē)應用。 動(dòng)態(tài)特性和注意事項 導通時(shí)序 NIV3071 具有受控導通功能，可以通過(guò)導通延遲時(shí)間 (Tdly(On)) 和導通時(shí)間 (tRAMP(On)) 進(jìn)行描述，如圖 4 所示：
圖 4.NIV3071 的導通時(shí)序 導通延遲時(shí)間定義為 EN 引腳達到其最大值的 90% 到輸出端達到標稱(chēng)電壓的 10% 之間的時(shí)間。導通時(shí)間定義為輸出端達到標稱(chēng)電壓的 10% 至 90% 之間的時(shí)間。如果 EN 引腳上出現任何瞬時(shí)電壓尖峰，或者微控制器在加電時(shí)發(fā)送正確邏輯信號略有延遲，則導通延遲時(shí)間會(huì )用作去毛刺濾波器，以確保在預期導通時(shí)間安全啟動(dòng)負載。 導通時(shí)間功能可以通過(guò)外部電容進(jìn)行配置。要正確使用導通時(shí)間功能，必須考慮負載類(lèi)型。雖然對于容性負載來(lái)說(shuō)，增加導通時(shí)間有助于減少浪涌電流尖峰，但對于阻性負載，隨著(zhù)輸出電壓上升，消耗的電流將持續增加。由于該直流電流和延長(cháng)的輸出導通時(shí)間會(huì )導致在器件上產(chǎn)生電壓梯度，器件將消耗大量功率，并可能在器件完全導通之前進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)以保護芯片。這取決于輸入電壓、輸出電壓導通時(shí)間、負載電流曲線(xiàn)和環(huán)境溫度。 浪涌電流控制 NIV3071 和安森美 (onsemi) 的其他 eFuse 具有浪涌電流控制功能，可限制導通容性負載時(shí)出現的峰值電流。該功能由一個(gè)外部引腳控制，該引腳可以保持開(kāi)路，或者在 dvdt 引腳和地之間使用一個(gè)較小值的陶瓷電容。通過(guò)向該引腳添加電容，可以延長(cháng)輸出導通時(shí)間，從而降低峰值電流，可以表示為：
以下關(guān)系式可用于控制給定 Cload 下的峰值電流：
圖 5.導通時(shí)間與 dv/dt 引腳電容的關(guān)系 使用上述公式和圖 5，用戶(hù)可以設置導通容性負載時(shí)的最大浪涌電流。下面的圖 6 和圖 7 提供了一個(gè)測試用例：
圖 6.浪涌電流控制測試用例
圖 7.測試用例的測量結果 大容性負載和肖特基二極管 對于較大的容性負載（和低電流直流負載），可以在輸出和輸入之間放置一個(gè)肖特基二極管，如圖 8 所示，以在器件關(guān)斷時(shí)保護 eFuse 的體二極管免受過(guò)大反向電流的影響。一旦輸入電壓降至 UVLO 以下，器件就會(huì )關(guān)斷，由于輸出電容在完全放電之前維持輸出電壓，這會(huì )在器件上產(chǎn)生反向電壓。與此同時(shí)，負電壓對肖特基二極管進(jìn)行偏置，提供了在器件周?chē)烹姷穆窂�，如圖 9 中的測量結果所示。
圖 8.使用肖特基二極管防止反向電流情況
圖 9.測量流經(jīng)器件和外部肖特基二極管的電流 關(guān)閉感性負載 在輸出端發(fā)生接地短路或過(guò)流故障事件期間，NIV3071 可快速關(guān)斷以同時(shí)保護器件和下游電路。如果電源路徑中存在很大的電感（例如電纜），則快速關(guān)斷將導致電壓尖峰超過(guò)器件的額定電壓。為了緩解這些電壓尖峰，可以使用多種選項�？梢栽谳斎牒徒拥囟酥g放置一個(gè) TVS 二極管，而肖特基二極管可以作為續流二極管與負載并聯(lián)放置。此外，RC 緩沖電路可與負載并聯(lián)使用。如果具體應用中的預期電感超過(guò) 5 uH，則強烈建議使用外部肖特基二極管或緩沖器。 總結 隨著(zhù)汽車(chē)市場(chǎng)的電氣化趨勢不斷升級，且 48 V 系統越來(lái)越普及，NIV3071 在汽車(chē)應用中具有諸多優(yōu)勢。 |
