面向汽車應(yīng)用的智能電子保險(xiǎn)絲 提高48 V電氣系統(tǒng)架構(gòu)安全性

越來越多的車輛同時(shí)配備48 V和 12 V電氣系統(tǒng)，以便提高小型和大型電器的運(yùn)作效率。為了確保電路安全，威世科技開發(fā)了一款高性能的低損耗智能電子保險(xiǎn)絲板卡

由于在輕型混合動(dòng)力車輛中集成了48 V電氣系統(tǒng)和48 V標(biāo)準(zhǔn)，因而需要重新評(píng)估過流或短路保護(hù)，因?yàn)樵?8 V（電源電壓）下，繼電器觸點(diǎn)之間的距離要求大于12 V 電壓下情形，才能熄滅保護(hù)繼電器開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電弧。這會(huì)導(dǎo)致延遲關(guān)斷和加速觸點(diǎn)磨損。

因此，人們使用電子保險(xiǎn)絲來取代傳統(tǒng)的48 V繼電器。觸點(diǎn)的磨損從根本上與開關(guān)器件有關(guān)，而這些電子保險(xiǎn)絲以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)，沒有觸點(diǎn)，因此電子保險(xiǎn)絲的使用壽命更長。此外，電子保險(xiǎn)絲具有更快的開關(guān)速度、更強(qiáng)的診斷能力和更小的公差，從而大大提高了安全性。

威世開發(fā)了一款在48V下連續(xù)開關(guān)最高200A負(fù)載的智能電子保險(xiǎn)絲產(chǎn)品，可以在1到200 A之間設(shè)定最大電流。如果超過設(shè)定值，電子保險(xiǎn)絲會(huì)在1 μs時(shí)間內(nèi)切換。與傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲相比，電子保險(xiǎn)絲可以進(jìn)行重置，這意味著作動(dòng)后無需更換。

即使在200A開關(guān)能力下，這款電子保險(xiǎn)絲的功耗不超過14 W。換句話說，在環(huán)境溫度不超過100°C情況下，被動(dòng)冷卻就足夠了。只有在環(huán)境溫度更高時(shí)才需要主動(dòng)冷卻。

兩級(jí)開通操作

智能電子保險(xiǎn)絲采用兩級(jí)開通步驟運(yùn)作，首先進(jìn)行短路測試。在測試過程中，通過一個(gè)串聯(lián)電阻器施加13 μs脈沖。如果輸出電壓低于輸入電壓的 10%，則假定為短路，電子保險(xiǎn)絲再次關(guān)斷。但是，如果輸出電壓高于輸入電壓的10%，則進(jìn)行第二階段操作，也稱為預(yù)充電。

為防止電子保險(xiǎn)絲開通時(shí)用戶側(cè)電容元件產(chǎn)生過大電流，元件通過串聯(lián)電阻器進(jìn)行預(yù)充電，直到輸出電壓達(dá)到輸入電壓的85%。一旦達(dá)到這個(gè)數(shù)值，電子保險(xiǎn)絲就開通了。

智能電子保險(xiǎn)絲的主要部件

智能電子保險(xiǎn)絲產(chǎn)品的核心是20個(gè)來自威世的N溝道SQJQ160E MOSFET。它們基于最新的 TrenchFET Gen-IV技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了僅0.8 mΩ的超低RDSon。作為雙向MOSFET，能夠在電子保險(xiǎn)絲關(guān)斷時(shí)防止反向電流流動(dòng)。這些器件采用緊湊型PowerPAK-8x8L封裝，可在–55°C至+175°C溫度范圍內(nèi)可靠運(yùn)作。

圖1：威世SQJQ160E緊湊型MOSFET具有極低的漏極-源極導(dǎo)通電阻，可實(shí)現(xiàn)智能電子保險(xiǎn)絲的高效運(yùn)作。(圖片來源：威世）

通過大量并聯(lián)MOSFET（總體RDSon 為0.3 mΩ）保證實(shí)現(xiàn)極低的功率損耗，MOSFET的溫度不會(huì)上升到高于環(huán)境溫度65°C。

威世的WSLP3921L3000FEA分流器能夠以小功率損耗實(shí)現(xiàn)精確的電流測量，確保保險(xiǎn)絲安全關(guān)斷。WSLP3921L3000FEA 通過了AEC-Q200 認(rèn)證，在電阻值為0.0003 Ω時(shí)具有 1% 的精度，這款分流器是安全相關(guān)應(yīng)用的理想選擇。

圖 2：威世WSLP3921L3000FEA分流器通過精確的電流測量和小功率損耗實(shí)現(xiàn)智能電子保險(xiǎn)絲的安全關(guān)斷。

圖 3：威世通過AEC-Q 200認(rèn)證的NTC熱敏電阻NTCS0805E3103JMT用于監(jiān)控電路板的溫度。

該電路板采用威世NTC熱敏電阻NTCS0805E3103JMT來實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控，可以幫助提高安全水平。這款熱敏電阻也通過了AEC-Q200認(rèn)證，電阻為10 kΩ，偏差公差為5%。

這些元件安裝在一塊尺寸為 125 mm × 60 mm的雙面 FR4（阻燃）板卡上，智能電子保險(xiǎn)絲既可以通過電路板上的控制元件進(jìn)行控制，也可以通過外部微控制器或機(jī)械開關(guān)進(jìn)行控制。電子保險(xiǎn)絲停用時(shí)，電路板的功耗為 53 mA，導(dǎo)通時(shí)則為 95 mA。憑借這些功能，威世的智能電子保險(xiǎn)絲能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代電路概念，為開發(fā)面向未來的汽車鋪平道路。

（作者：Edgar Schaefer）