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?汽車控制器中更智能的電路保護?試試eFuse

07/11 10:00
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在現(xiàn)代汽車和工業(yè)應用中,可靠性至關重要。從汽車區(qū)域控制器,到工業(yè)應用中的計算機數(shù)控等產(chǎn)品,無論最終產(chǎn)品是簡單還是復雜,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)良好的設計實踐,建議采用電路保護器件,以確保將故障的影響降至最低。

本文介紹了標準電路保護器件的局限性,以及如何利用電子保險絲改進設計。

最常見(且成本最低)的電路保護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(通常需要由用戶進行更換)。如果用戶(無意或故意)使用了錯誤的額定值,則會構成火災風險。

對于電路保護,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用。

電子保險絲

電子保險絲(也稱eFuses,此術語由安森美在首次推出此類器件時創(chuàng)造)是當今提供基本的電路保護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。

盡管這些創(chuàng)新器件有許多應用領域,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)生負載故障的應用,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制相結(jié)合,使該器件融合了負載開關和保險絲的功能,成為現(xiàn)代配電架構中負載點控制系統(tǒng)的基本構建模塊。

電子保險絲的主要優(yōu)勢在于靈活性和自動復位功能,無需用戶進行干預。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(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,可用于確保同時導通和關斷多個供電軌。

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的冗余電源應用中非常有用。此外,也適用于在系統(tǒng)關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

在許多應用中,電容(或容性負載)可能會帶來挑戰(zhàn),導致較大的浪涌電流,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計人員解決這一問題,例如自恢復或限制浪涌電流,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警信號時尤為有用。

汽車應用中的電子保險絲

隨著汽車中融合越來越多的技術,為確??煽窟\行和防止損壞,對于電路保護的需求也隨之增加。電路保護在汽車中尤為重要,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,提供整體保護以及子系統(tǒng)保護。

圖2:有時汽車區(qū)域控制應用中會使用級聯(lián)電子保險絲

例如,在先進駕駛輔助系統(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系統(tǒng)外設,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,因此保護至關重要。線束連接著許多耗電設備(風扇、車窗電機、空調(diào)、其他執(zhí)行器)。通常在這些系統(tǒng)前會使用保險絲,從而保護線束免受過大電流的影響。

最新電子保險絲技術示例

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,非常適用于要求苛刻的汽車應用,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、計算等應用中提供過流、欠壓和浪涌電流保護。該器件可支持高達360V 電壓,以及高達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。

NIV(S)4461采用DFNN1024封裝,尺寸僅為3.0 mmx 3.0 mm。它采用行業(yè)標準引腳布局,符合UL2367和IEC62368標準。

總結(jié)

電路保護是現(xiàn)代設計的重要組成部分,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,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,顯著提高了保護水平。

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安森美

安森美

歷史安森美半導體前身是摩托羅拉集團的半導體元件部門,于1999年獨立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標準模擬和標準邏輯等器件。并購紀錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國俄勒岡州Gresham的LSI Logic設計和制造設施。2008年一月,以184M美元完成收購美國模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機的子公司三洋半導體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導體和富士通半導體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務協(xié)議,及日本會津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導體公司。2016年八月,安森美半導體宣布已就出售點火IGBT業(yè)務給 Littelfuse 達成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關型晶閘管產(chǎn)品線,售價共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導體完成收購飛兆半導體公司。產(chǎn)品安森美半導體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務;定制ULP存儲器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動器;電壓和電流管理邏輯:時鐘產(chǎn)生;時鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲器;微控制器;標準邏輯信號管理:放大器和比較器;模擬開關;音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計;EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導體的各個產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國:上海德國:慕尼黑中國臺灣:臺北美國:加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國:首爾設計中心美國:亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯汀(Austin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時:梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國:圖盧茲(Toulouse)德國:慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國:首爾中國臺灣:臺北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國:亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達荷州波卡特洛、愛達荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時:奧德納爾德捷克:Roznov中國:樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國:富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社

歷史安森美半導體前身是摩托羅拉集團的半導體元件部門,于1999年獨立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標準模擬和標準邏輯等器件。并購紀錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國俄勒岡州Gresham的LSI Logic設計和制造設施。2008年一月,以184M美元完成收購美國模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機的子公司三洋半導體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導體和富士通半導體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務協(xié)議,及日本會津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導體公司。2016年八月,安森美半導體宣布已就出售點火IGBT業(yè)務給 Littelfuse 達成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關型晶閘管產(chǎn)品線,售價共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導體完成收購飛兆半導體公司。產(chǎn)品安森美半導體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務;定制ULP存儲器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動器;電壓和電流管理邏輯:時鐘產(chǎn)生;時鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲器;微控制器;標準邏輯信號管理:放大器和比較器;模擬開關;音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計;EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導體的各個產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國:上海德國:慕尼黑中國臺灣:臺北美國:加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國:首爾設計中心美國:亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯汀(Austin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時:梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國:圖盧茲(Toulouse)德國:慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國:首爾中國臺灣:臺北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國:亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達荷州波卡特洛、愛達荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時:奧德納爾德捷克:Roznov中國:樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國:富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社收起

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