電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）近年來(lái)電子保險(xiǎn)絲受到了越來(lái)越多的關(guān)注，傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲在現(xiàn)在很多應(yīng)用里已經(jīng)不太能跟上需求，雖然它確實(shí)足夠簡(jiǎn)單而且成本很低。

傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲經(jīng)常熔斷導(dǎo)致斷電的情景想必很多人都經(jīng)歷過(guò)，而隨著現(xiàn)在電子電路設(shè)計(jì)的發(fā)展，很多應(yīng)用對(duì)功能安全的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲不再能勝任這份工作。

其中很典型的一個(gè)應(yīng)用就是汽車，汽車技術(shù)的變革可以說(shuō)是日新月異，各類功能安全等級(jí)要求既嚴(yán)苛又繁雜，電子保險(xiǎn)絲eFuse取代傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲在汽車電子電氣架構(gòu)中逐步成為不可或缺的重要組件。

同時(shí)，隨著汽車電氣平臺(tái)從12V向48V升級(jí)，需要更多的eFuse支撐電子電氣架構(gòu)來(lái)決定整車智能化功能發(fā)揮上限。

從傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲到智能eFuse

傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲，如玻璃管保險(xiǎn)絲、片式保險(xiǎn)絲和聚合物保險(xiǎn)絲，足夠簡(jiǎn)單但功能都很單一，只能保證切斷電流通路的基礎(chǔ)功能。聚合物保險(xiǎn)絲通過(guò)增加電阻來(lái)限制電流，玻璃管保險(xiǎn)絲和片式保險(xiǎn)絲直接熔斷導(dǎo)電的熔斷體。

它們使用時(shí)也很容易受到環(huán)境溫度和其他使用條件的影響，而且熔斷電流的精確度較低，響應(yīng)速度也不夠快。更麻煩的一點(diǎn)是，傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲熔斷后，必須進(jìn)行維修或更換。

隨著需求與技術(shù)的變化，保險(xiǎn)絲已經(jīng)在傳統(tǒng)的一次性保險(xiǎn)絲基礎(chǔ)上衍生出一些有各自特色的產(chǎn)品，半導(dǎo)體器件電子保險(xiǎn)絲就是現(xiàn)在很受關(guān)注的產(chǎn)品。電子保險(xiǎn)絲也稱半導(dǎo)體熔斷器，本質(zhì)上，它是集成電路，其市場(chǎng)規(guī)模約為6000萬(wàn)美元。

電子保險(xiǎn)絲作為集成電路，通過(guò)在單芯片上集成MOSFET、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)電路、邏輯電路、診斷等模塊，提供了全面的電路保護(hù)的解決方案。電子保險(xiǎn)絲在封裝內(nèi)集成的功能模塊很多，過(guò)流、過(guò)電壓、短路、過(guò)熱保護(hù)等常見的功能都可以集成在其中。

電子保險(xiǎn)絲通過(guò)MOSFET開關(guān)進(jìn)行電壓－電流檢測(cè)、控制電流通路的通斷，啟動(dòng)分?jǐn)啾Ｗo(hù)后可進(jìn)行自恢復(fù)，且保護(hù)速度相對(duì)于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲更快、精度更高、保護(hù)功能更全面。將電子保險(xiǎn)絲串聯(lián)到供電電路中，就能提供遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲的功能。

這些多種多樣的保護(hù)功能，用分立元件來(lái)實(shí)現(xiàn)通常都很麻煩，電子保險(xiǎn)絲解決了繁瑣的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)。與使用分立元件實(shí)現(xiàn)的安全功能相比，電子保險(xiǎn)絲僅僅需要通過(guò)較少數(shù)量的元器件和較小占板面積就能實(shí)現(xiàn)同樣的功能，大幅簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

同時(shí)，由于電子保險(xiǎn)絲采用的是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行重復(fù)使用，在發(fā)生異常時(shí)電子保險(xiǎn)絲切斷供電線路，之后可以重置并重復(fù)使用。重復(fù)使用時(shí)不必?fù)?dān)心電子保險(xiǎn)絲有衰減與壽命次數(shù)限制，幾乎不用考慮芯片本身的故障。而且電子保險(xiǎn)絲本身也帶診斷，能夠提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

現(xiàn)在很多應(yīng)用的功能安全標(biāo)準(zhǔn)更全面也更復(fù)雜，如汽車的ASIL D。一顆電子保險(xiǎn)絲芯片的應(yīng)用能減少很多安全標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證工作，比以往的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了不少。

另一方面，電子保險(xiǎn)絲能夠在線升級(jí)的好處也是不能忽視的。通過(guò)在線升級(jí)可以靈活調(diào)整保險(xiǎn)絲的功能邏輯、及時(shí)修復(fù)問(wèn)題，這也匹配了設(shè)備的功能升級(jí)。

12V到48V，eFuse助力汽車智能化提升

不論是電動(dòng)汽車還是非電動(dòng)汽車，目前大多使用12V的低壓電池來(lái)運(yùn)行電氣和電子設(shè)備。對(duì)電動(dòng)汽車而言，則多了一個(gè)高壓電源系統(tǒng)，專門用于牽引電機(jī)，為駕駛功能提供足夠的動(dòng)力。

在12V平臺(tái)和高壓平臺(tái)之間，48V電壓平臺(tái)的出現(xiàn)與應(yīng)用解決了12V電源系統(tǒng)隨著汽車電氣化程度逐漸升級(jí)，電力需求愈發(fā)無(wú)法滿足的問(wèn)題，48V將電壓上限提高，電流減少了四分之三，是汽車發(fā)展的重要方向。

從12V>48V，功率上限的提升，48V系統(tǒng)能承載更高功率設(shè)備，以滿足車載系統(tǒng)不斷增加的智能化、舒適化體驗(yàn)，整車的智能化功能上限也得以提高。對(duì)智能程度不斷提升的汽車來(lái)說(shuō)，任何故障都有著巨大的隱患。

尤其是自動(dòng)駕駛功能，對(duì)整車的安全提出了極高的要求，傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲只是純電氣性零件，無(wú)法匹配多樣的保護(hù)功能，而且汽車每一次功能升級(jí)都可能需要更改保險(xiǎn)絲的邏輯。

整車的智能化的提高，也需要更多的eFuse支撐電子電氣架構(gòu)來(lái)提升整車智能化功能發(fā)揮上限。電氣架構(gòu)升級(jí)、電路復(fù)雜程度提升帶動(dòng)了eFuse需求。

老式的搭配是繼電器加上保險(xiǎn)絲，現(xiàn)在只需要電子保險(xiǎn)絲就能保護(hù)域控制器，尺寸更加緊湊，配電部分電子保險(xiǎn)絲為ECU的多個(gè)負(fù)載點(diǎn)提供穩(wěn)定可靠的保護(hù)。更重要的一點(diǎn)是eFuse的可編程可升級(jí)特性。

eFuse的電流限制、電壓限制都是可以進(jìn)行編程的，汽車功能升級(jí)導(dǎo)致的電氣參數(shù)發(fā)生變化時(shí)eFuse的可編程性不再需要更換保險(xiǎn)絲，只需要重新編程即可。現(xiàn)在軟件是汽車重要的差異點(diǎn)，OTA升級(jí)是功能迭代的必要手段。電子保險(xiǎn)絲能夠在線升級(jí)的好處遠(yuǎn)超傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲太多。

冗余電源是現(xiàn)在汽車設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，電子保險(xiǎn)絲能夠檢測(cè)反向電流，在需要冗余電源應(yīng)用中非常有用。

就電子保險(xiǎn)絲本身的保護(hù)性能來(lái)說(shuō)，其反應(yīng)速度對(duì)比玻璃管保險(xiǎn)絲、片式保險(xiǎn)絲和聚合物保險(xiǎn)絲都有著鴻溝式的領(lǐng)先。全SiC設(shè)計(jì)的eFuse對(duì)短路的響應(yīng)速度無(wú)與倫比，比熱熔絲的響應(yīng)速度快數(shù)百倍，納秒級(jí)的反應(yīng)速度對(duì)比毫秒級(jí)、秒級(jí)是數(shù)量級(jí)上的領(lǐng)先。瞬間保護(hù)、自動(dòng)重啟恢復(fù)等特性對(duì)汽車智能化無(wú)疑是很大的助力。這種快速的檢測(cè)可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)汽車系統(tǒng)級(jí)集成和優(yōu)化。

目前，汽車的諸多子系統(tǒng)，如信息娛樂(lè)系統(tǒng)、ADAS域控制系統(tǒng)、外部傳感單元、天線系統(tǒng)等等都已經(jīng)有了大量eFuse的應(yīng)用。隨著汽車向48V升級(jí)，功能進(jìn)一步增加，車內(nèi)電子保險(xiǎn)絲用量還會(huì)不斷增加。

小結(jié)

隨著市場(chǎng)對(duì)性能、安全性和可靠性的關(guān)注度不斷提高，eFuse電路保護(hù)方案正在快速發(fā)展。尤其是在汽車系統(tǒng)中，12V到48V的轉(zhuǎn)變需要更完備更智能的電路保護(hù)，eFuse在其中起到了關(guān)鍵作用。