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基本的熱激活易熔連接——更確切地說是保險絲，從電和電力的最早時代起就一直伴隨著人們。保險絲只有一種作用，而且效果很好：當(dāng)電流過大并導(dǎo)致其元件熔化時，保險絲會在幾毫秒到幾秒鐘的時間內(nèi)（具體取決于型號）從一個接近完美的電流導(dǎo)體變成接近理想的開路。 只要選擇了保險絲，安裝、使用就變成一項簡單的工作，因為我們無需為保險絲選擇連接方式，無需進行初始化或配置。保險絲只是一個提供關(guān)鍵電路保護的雙端設(shè)備，可使設(shè)計更容易地滿足許多監(jiān)管和安全要求。 保險絲有無數(shù)種物理配置和額定電流，但其中有一些是比較常見的。比較常見保險絲樣式有 3AG 玻璃保險絲（直徑為 1/4 英寸，長 1¼ 英寸），通常用于較小的商業(yè)、工業(yè)保險絲以及一些線路操作的消費類保險絲；此外，還有廣泛應(yīng)用于汽車領(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）；而汽車行業(yè)最終采用了更薄的刀片式保險絲本體（右）。（圖片來源：Littelfuse, Inc.） 具有諷刺意味的是，3AG 竟然是“3 號汽車玻璃”的簡稱，最初是在 1930 年代為汽車設(shè)計的。然而，隨著汽車中保險絲使用量的增加，汽車行業(yè)不再使用 3AG，而是開發(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(shù)百萬（或數(shù)十億？）之多就是見證，但時代和設(shè)計需求都在不斷的變化。近年來，電子保險絲（通常寫成 eFuse 或 e-Fuse）已成為一種廣泛使用的替代品，或者說是對熱保險絲產(chǎn)品的補充。有些設(shè)計同時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(tǒng)級保護。 基本電子保險絲的主要特點之一是其只有幾毫秒或更短的快速響應(yīng)時間，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(yīng)用等子電路的保護，但一些 eFuse 很快就通過了相應(yīng)的 UL 和 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的認證，使其獲準(zhǔn)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，因此通過增加額外的特性和功能，很快就與其他基本 IC 的發(fā)展沒有區(qū)別了。這些功能包括可由用戶設(shè)定的電流閾值、閉鎖輸出、可選的自動重啟、電源良好信號、電流水平監(jiān)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(yīng)時間為 500 ns（典型值）（圖 2）。用戶可以通過外部電流檢測電阻器在 0.5 A 至 4.44 A 之間設(shè)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；除了在超過其閾值時切斷電流的進基本功能外，還具有一些有用的功能。（圖片來源：Texas Instruments） 除了基本熔斷外功能外，這種電子保險絲還能防止過載、短路、電壓浪涌、反極性和過大的浪涌電流。對于有特定浪涌電流要求的應(yīng)用，設(shè)計人員可以通過外部電容器來設(shè)置其輸出壓擺率。通過箝制輸出電壓，使其穩(wěn)定在一個安全的、可通過引腳選擇的最高電壓，以保護負載免受輸入過壓的影響。 諸如此類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(tǒng)提供更多的信息和幫助。這與具有恒定額定電流的傳統(tǒng)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(dāng)今的智能、網(wǎng)絡(luò)化車輛的需求相悖。相比之下，電子保險絲的許多功能使其對汽車應(yīng)用特別有吸引力。為此，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出符合嚴格的汽車標(biāo)準(zhǔn)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 AEC-Q100 認證的、用于汽車配電應(yīng)用的高壓側(cè)開關(guān)控制器。該器件將更強的系統(tǒng)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)品包括一個高壓側(cè)開關(guān)控制器以及許多其他功能和連接選項。（圖片來源：STMicroelectronics） VNF1048F 與 12 V、24 V 和 48 V 汽車電源子系統(tǒng)兼容。憑借其靈活性，這款產(chǎn)品非常適合最新的汽車“分區(qū)”電子/電氣架構(gòu)，這種架構(gòu)可提高效率、可靠性，同時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(yīng)快速、可復(fù)位和可靠的過電流保護。硅保險絲還有助于簡化汽車線束，取消了用戶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(yīng)性強的 VNF1048F 有一個 32 位串行外設(shè)接口 (SPI)，架兼容 3.3 V 和 5 V CMOS 邏輯電平，允許主微控制器進行配置并監(jiān)測系統(tǒng)保護和診斷功能。這些功能包括欠壓和過溫保護、用于外部 MOSFET 驅(qū)動的兩級充電泵，以及 MOSFET 熱保護、去飽和關(guān)斷以及 I2-t 保險絲設(shè)置。 該器件使用外部高壓側(cè)分流電阻器，內(nèi)置了高精度數(shù)字電流檢測功能。該器件還集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，用于檢測感溫?zé)崦綦娮杵鞯碾妷?(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(fù)雜的狀態(tài)機，用于管理并確保其性能、動作和反應(yīng)與其所監(jiān)控的系統(tǒng)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。（圖片來源：STMicroelectronics） 為了與其高水平功能和高集成度相稱，VNF1048F 附帶一份 52 頁的數(shù)據(jù)手冊。對于計劃使用該器件的所有人來講，最好能去了解該器件支持的許多模式、功能、初始化和設(shè)置；在使用之前需要做很多功課的。 最后一點含蓄地說明了使用如此復(fù)雜的部件時可能存在的擔(dān)憂。老式的普通熱保險絲的優(yōu)點之一是，一旦選擇了合適的器件，你就幾乎不再需要進一步的設(shè)計工作。只需將保險絲放入電路中就大功告成：無需進行功能初始化，無需設(shè)置參數(shù)，無需確定協(xié)議，也無需通過鏈接下載。相比之下，高級電子保險絲則需要較多設(shè)計導(dǎo)入時間、精力以及調(diào)試工作。 結(jié)語 這是永恒的工程設(shè)計困境的一部分：是保持簡單并接受有限的靈活性，還是致力于更先進的組件，你知道這是需要付出更多的努力來實現(xiàn)的嗎？就電子保險絲而言，在很大程度上由于汽車設(shè)計的復(fù)雜性和靈活性要求越來越高，看起來為此經(jīng)受痛苦也是值得的。 |
