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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(jī)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(hù)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(hù)器件的局限性，以及如何利用電子保險絲改進(jìn)設(shè)計。
最常見（且成本最低）的電路保護(hù)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(jìn)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(hù)，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(hù)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(hù)。
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(jī)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(jìn)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(hù)（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╇娷墶Ｒ恍╇娮颖ｋU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。
圖1：電子保險絲提供多種功能來增強保護(hù)
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(hù)的需求也隨之增加。電路保護(hù)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(hù)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(hù)以及子系統(tǒng)保護(hù)。
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(jìn)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(hù)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(hù)至關(guān)重要。線束連接著許多耗電設(shè)備（風(fēng)扇、車窗電機(jī)、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(hù)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60VDC、65VTR的電子保險絲，將四個獨立通道集成到單個5.0mm x 6.0 mm 封裝中，每個通道可支持高達(dá)2.5A 的連續(xù)電流（共10
A）。每個通道的RDSon值僅為80mΩ，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1ms 軟啟動。
NIV3071能夠在-40oC到+150oC的結(jié)溫(TJ)范圍內(nèi)工作，并提供2kV 的ESD保護(hù)，非常適用于要求苛刻的汽車應(yīng)用，包括12V 和48V。
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(hù)。該器件可支持高達(dá)360V 電壓，以及高達(dá)4.2A 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 mmx 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(hù)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(hù)，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(hù)水平。
下載ECAD模型
