【導(dǎo)讀】汽車應(yīng)用的電氣化和自動(dòng)化趨勢(shì)推動(dòng)了域控制器的興起，用以減輕線纜重量并將車輛架構(gòu)簡(jiǎn)化為多個(gè)局部化的電源中心。設(shè)計(jì)人員可以利用這種新興架構(gòu)，將傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲和機(jī)械繼電器替換為更緊湊的電子保險(xiǎn)絲 (eFuse)，以提供更先進(jìn)的保護(hù)功能，包括故障情況下更快速、更準(zhǔn)確的響應(yīng)。eFuse 將保護(hù)和開關(guān)功能集成到單個(gè)小尺寸封裝中。
eFuse 是局部配電方案的重要組成部分，可為車輛的電子控制單元 (ECU) 等多個(gè)負(fù)載點(diǎn)提供關(guān)鍵的智能保護(hù)，如圖 1 所示。這些 eFuse 負(fù)責(zé)保護(hù)整個(gè)車輛的傳感器（距離傳感器、溫度傳感器等）、攝像頭、低壓電機(jī)（用于汽車座椅、車窗控制）及前大燈和尾燈免受過流事件的影響。
圖 1：域控制器中使用 eFuse
設(shè)計(jì)人員面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是印刷電路板 (PCB) 被限制在極小面積下，實(shí)現(xiàn)每個(gè) ECU 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)驅(qū)動(dòng)多個(gè)獨(dú)立（阻性、容性和感性）負(fù)載。每個(gè) ECU 負(fù)載可能有不同的電流和電壓范圍要求，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員不得不使用多種 eFuse 型號(hào)。此外，根據(jù)嚴(yán)格的汽車要求規(guī)定，eFuse 必須能夠承受接地短路事件，同時(shí)確保電源，和其他下游負(fù)載不受此類瞬變的影響。
安森美 (onsemi) 的新型 NIV3071 eFuse具有 8V 至 60V 工作輸入電壓范圍，在緊湊的 5x6mm 封裝中集成了 4 個(gè)獨(dú)立通道，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)負(fù)載。每個(gè)獨(dú)立通道可支持 2.5A 連續(xù)電流，4 個(gè)通道并聯(lián)時(shí)可支持 10A 連續(xù)電流。NIV3071 支持各種負(fù)載，包括阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載。NIV3071 可驅(qū)動(dòng)大的容性負(fù)載，經(jīng)測(cè)試在 Vin = 52 V、60ms 爬坡時(shí)間、Iout = 866mA、Ta = 25°C 時(shí)支持高達(dá) 1mF 容性充電。寬工作輸入電壓范圍使 NIV3071 非常適合 12V 和 48V 汽車應(yīng)用。
此外，汽車設(shè)計(jì)人員可利用 NIV3071 的靈活性以多種配置驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載，如圖 2 所示。4 個(gè)獨(dú)立通道可以工作在允許范圍內(nèi)的任意大小的不同電壓下（通常為 12V、24V、36V 和 48V，但不限于此），如配置 A 所示。該器件也可以連接單個(gè)電源，即所有輸入連接在一起（例如 48 V）來驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)不同的下游負(fù)載，如配置 B 所示。配置 C 顯示了 NIV3071 并聯(lián)4個(gè)通道驅(qū)動(dòng)高達(dá) 10A 的連續(xù)電流，而配置 D 突出顯示了 eFuse 驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)負(fù)載，每個(gè)負(fù)載最高可達(dá) 5 A。
圖 2：NIV3071 配置
NIV3071 有助于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的設(shè)計(jì)，其能夠承受輸入電壓 ≤60 V 的接地短路事件而不損壞，即使輸入和輸出上的線束電感高達(dá) 5 uH，也無需輸出肖特基二極管的保護(hù)，如圖 3 所示。NIV3071 還支持各種負(fù)載的運(yùn)行，包括 25°C 時(shí)為高達(dá) 1 mF 的容性負(fù)載充電。
圖 3：NIV3071 穩(wěn)健可靠，能夠承受接地短路事件
NIV3071 eFuse 的性能優(yōu)于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲和正溫度系數(shù)保險(xiǎn)絲 (PTC)。在短路事件中，eFuse 可確保下游負(fù)載在故障情況下始終受到保護(hù)。圖 4 展示了 NIV3071 的快速響應(yīng)時(shí)間，它能夠最大限度地減少電流尖峰，同時(shí)確保連接到同一電源的所有其他電路具有穩(wěn)定的供電 (VCC)。
圖 4：NIV3071 穩(wěn)健性 – 短路事件
總之，eFuse 是域控制器架構(gòu)的關(guān)鍵要素，可確保整個(gè)車輛的局部 ECU 受到保護(hù)且穩(wěn)健可靠。憑借寬工作電壓范圍和同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)負(fù)載的能力，NIV3071 可以在驅(qū)動(dòng)多個(gè)下游負(fù)載的同時(shí)最大限度地減少保護(hù)方案所需的 PCB 面積。NIV3071 提供穩(wěn)健的域控制設(shè)計(jì)，無需額外的分立保護(hù)電路，它就能承受eFuse通路上連接線束電感達(dá)到5uH并且工作電壓高達(dá) 60V條件下的接地短路事件，與之類似的工業(yè)版本 NIS3071 也已推出。
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