【导读】于汽车电路体系中，保险丝作为抵御过载与短路危害的基础元件，其主要性不问可知。然而，传统的可熔断型保险丝受限在集中式结构，不仅致使线束复杂、重量增长，更缺少过压掩护、电流反馈和诊断等智能化功效。跟着汽车电气化的成长，eFuse（电子保险丝）正慢慢成为替换传统保险丝的要害技能。它不仅集成为了节制电路与MOSFET，实现对于负载的精准电源分配，更经由过程漫衍式架构优化了整车布线。本文将深切切磋eFuse相较在传统保险丝的巨年夜上风，解析其焦点功效与主流产物系列，展现这一技能怎样鞭策汽车电路设计的改造。

保险丝是抵御这些伤害过载及短路的主要元件。保险丝内含金属线或者金属条，当电流过年夜时会熔断，堵截电路并避免装备体系毁坏或者进一步风险发生。汽车电路中，传统设计采用可熔断型保险丝，许多保险丝密集设计于一个盒子内，其位置一般会放置于需要改换时利便打开之处。但因为过在集中于统一位置，而保险丝对于应的负载遍布车身遍地，这类设计不免造成线束繁多且走线繁杂，增长电缆长度，重量及成本。并且，传统保险丝仅提供基础的过流过载的掩护，没法提供如过压，切确过流节制，电流反馈，诊断等繁杂的掩护及功效。eFuse（电子保险丝）是一种集成电路，可以替换以上提到的传统保险丝。eFuse集成为了节制电路，年夜部门产物也集成为了MOSFET，其功效不单单是掩护电路，更是卖力给负载分配电源并提供多种掩护功效的PD电源分配电路。而且，采用eFuse设计的汽车电路一般采用漫衍式结构的电源分配布局，这类结构降低了布线繁杂度，可以降低电缆长度，而且eFuse的引入还有可优化布线线径（过流掩护更精准），从而削减了电缆的利用长度及整体重量。

图1 汽车传统的可改换保险丝的保险丝盒

eFuse作为传统保险丝的替换，其拥有巨年夜的上风。

•可设置性高：可经由过程修改内部寄放器或者外围器件参数来修改I²t掩护参数设置来顺应掩护差别的线束种别。

•可进级性好：凡是eFuse统一系列甚至差别系列都是设计成可替代引脚排布，不仅可以替代为统一代产物来实现某些机能晋升（如额定电流加年夜），也能够替代成高端系列增长新的功效。

•撑持诊断：eFuse可以反馈许多诊断类信息，特别是部门eFuse撑持SPI或者I2C等经常使用接口可以反馈更多的信息。

•撑持电流反馈：eFuse凡是可以撑持读取负载的电流信息，这对于在主控相识负载的状况至关主要但传统保险丝没法实现这类功效。

•速率快：传统保险丝是经由过程热量堆集终极熔断设计来实现掩护的，其不仅掩护电流会受温度影响较年夜，反映速率也很慢，而eFuse直接收罗电流旌旗灯号，直接按照电流巨细来确定掩护举动发生，其速率晋升巨年夜。

别的，eFuse还有可以提供传统保险丝没法提供的过压掩护等功效，其更切确的过流掩护设置可以优化线束的线径从而减低重量及成本，其可调解可设置的自恢复特征有助在减低维护成本。

eFuse有许多实现方案，比力传统的分立式方案此刻已经经不太经常使用，其利用MOSFET以和外围分立器件检测及节制整个电路运行，由运放、比力器、电阻、电容等组成，这类传统分立式方案电路繁杂但机能一般。没法与专用集成电路方案对抗。专用集成电路则将绝年夜部门功效集成于一个芯片中，其按照机能及功效几多以和MOSFET外置还有是内置也会分几年夜类。以安森美半导体的eFuse产物为例，其根据功效几多以和是否内置MOSFET划分成为了四年夜种别，以顺应差别的功效需乞降电流巨细需求。凡是高电流的通道需要选择外置MOSFET方案，低在30A的电畅通道可以按照功效的需求于内置MOSFET方案中选择最合适的一类。

起首是SmartFET–F系列，如NCV840xxF，这是尺度高边开瓜葛列。MOSFET内置，可以提供1.5mΩ到45mΩ的选择用以差别电畅通道，最高撑持到30A负载电流。这个系列可以认为是传统高边开关的功效增强，用于最基础的负载电源节制运用。其拥有一些基础功效：高精度负载电流检测，过错反馈，智能重启（合用在短路或者浪涌电流如电容充电场所），快速热相应。这个入门系列没有eFuse最主要的一个功效，用来模仿真正保险丝的I²t掩护功效。别的需要提到一个产物NIV3071，其也是属在尺度高边开关的产物，其拥有4个自力通道（可差别电压自力供电）且耐受60V的电压，可以撑持多路高压运用的场所。

图2 NIV3071典型运用电路框图

功效完美的eFuse，SmartGuard-G系列，如NCV840xxG，这个系列可以认为是拥有eFuse的较为完备的功效。要模仿传统保险丝的熔断举动，最主要的功效是I²t掩护功效，于G系列傍边不仅撑持可设置的I²t掩护功效，而且I²t掩护电流程度是可由电阻于额定的规模内可自由设置的。同时，过电流限定也是由零丁电阻于额定规模自由设置的，电流限定及I²t掩护点设置互不影响可以自由组合设置。其拥有低功耗模式（Low Power IDEL Mode），于负载电流需求降低时可以降低电流耗损（封闭一部门掩护以和降低输出电流能力）。别的，G系列还有增长了很是主要的电容充电模式，用以顺应负载含有年夜电容时充电阶段的应答。SmartGuard-G系列是功效较为完美的内置MOSFET的eFuse产物。

SmartSPI–S系列是拥有SPI接口的eFuse，跟着汽车电气化的推进，负载数目愈来愈多，区域节制器需要分配的电源通道数也一直于增长，传统eFuse采用直接连线来节制及反馈使患上MCU的IO资源耗损愈来愈严峻，甚至呈现了增长IO扩大芯片来应答eFuse通道数增长的设计。SPI节制的eFuse可以极年夜减缓这类环境，所有撑持SPI的eFuse都可以毗连于一个SPI总线上，这极年夜减轻了对于MCU的IO资源的耗损。这个系列的产物电流采样直接数字化输出一样降低了MCU资源的需求。

SmartDriver系列是SPI节制的eFuse高边预驱，采用外置MOSFET架构以应答年夜电流运用（30A以上的负载）。其拥有很是完备的功效，除了了包罗以上几个系列提到的功效，其还有有看门狗以和预防性维护的功效，电压及温度信息直接数字化输出。

并不是所有的产物均可以归为以上4个种别，好比NCV760040，其为4通道非断绝布局，于电流掩护功效上靠近在基础功效的NCV840xxF系列，没有I²t掩护如许的模仿传统保险丝举动的功效，可是其具备I2C通讯能力，状况读取以和诊断反馈能力比力强，可以直接I2C读取负载电流或者经由过程CS读取，以是eFuse产物出现出多种多样的特色，需要按照详细运用来选择适合的产物来得到最好的性价比。

图3 NCV760040的运用电路框图

接下来先容几个eFuse最主要的功效，起首先容保险丝最传统的电流掩护功效。最基础的是过流掩护功效，eFuse凡是具备可调的电流掩护点设置能力，用以顺应差别的运用场所及负载，以NCV840xxG为例，其电流掩护点可以于25%到75%之间以和最年夜值100%自由设置，经由过程外部电阻便可更改。除了了过流关断功效外，NCV840xxG还有内置了一项智能过载掩护机制，以I²t函数情势模仿传统熔断保险丝的电流-时间特征曲线。当高电流连续导通时间跨越设定的I²t限值时，内置电路会强迫输出级关断。该特征切确还有原了传统保险丝的电流-时间瓜葛，利用户可以或许无缝替换传统保险丝来于运用中掩护线束。

图4 NCV84003G可以模仿传统保险丝的I²t曲线

接下来咱们来看一下应答容性负载的功效。NCV840xxG系列拥有进步前辈的容性负载处置惩罚能力，用于拥有年夜电容特征的负载场所。进入容性负载模式是主动的，作为默许的从睡眠模式的开通计谋，IN引脚的使能会让器件主动进入容性负载模式。容性负载模式下，会自动降低斜率使患上开通是逐渐举行的。因为容性负载的开通会使患上开关管蒙受很是高的应力，于容性负载模式降落低的动态热掩护阈值用以掩护开关管不被毁坏，这类动态热掩护于外置MOSFET的布局中或者者分立器件方案中是难以实现的。因为太高的应力会触发如DTSD（动态热掩护）或者过流掩护等，重试计谋包管负载被彻底充电至完成。

容性负载模式的退出是可以由多种前提触发的，基在Vds检测的主动退出至正常模式，当电容性负载被充电时，输出电压会逐渐增长。Vds会被连续监测，一旦到达由Vds_Norm界说的阈值，器件将退出至正常模式。此外，为防止于此状况下永劫间运行，还有设计了由tmax_Cap指定的最年夜时间，内置计时器包管最年夜50ms的容性模式运行时间，还有可以经由过程CS_EN引脚来节制退出容性负载运行模式。固然，对于在不需要容性负载的运用场所，也有特定的操作可以直接进入正常模式。

图5电阻负载电压波形：左图为容性模式，右图为正常模式

过温掩护能力，相对于在利用分立器件设计的方案，内置MOSFET的eFuse方案拥有越发靠得住的热掩护能力。NCV840xxG内置了2种过温掩护机制，是基在两种测温方式：绝对于值及相对于值。为了避免毁坏发生，任何一种掩护触发城市闪开关封闭输出。绝对于值温度掩护的方式比力传统，当芯片内部的温度到达设定阈值TTSD时，开关封闭输出用以掩护电路不被毁坏，然后焦点温度会迟缓降低，当温度降落必然的阈值TTSD_HYS时，电路可以从头启动。

而相对于值掩护合用在于永劫间高功率耗散前提下，结温的快速上升会于器件内部孕育发生严峻的温度梯度。当这类温度梯度差变化到达划定阈值TDTSD时，相对于值温度掩护功效被激活，从而封闭器件。

需要留意的是，于电容性负载模式下，TDTSD阈值会降低至TDTSD_CL，以限定于给电容性负载充电时器件蒙受的瞬态应力。此外，热掩护将于芯片的差分或者绝对于热极限被凌驾时笼罩I²t掩护。

跟着汽车电气化的成长加深，保险丝这个传统上不被器重的器件也迎来了快速成长期间，而且还有于快速成长中。传统的保险丝正慢慢被功效强盛的eFuse所代替。汽车电路的架构也由集中式向着漫衍式的架构成长。同时eFuse的成长也极年夜帮忙了汽车电路架构的改造，增强了汽车电路靠得住性的同时帮忙总体电缆减低长度与线径，使患上整体成本、体积、重量患上以降低。

eFuse还有依然处在高速成长期间，其技能已经经不但纯寻求模仿传统的保险丝的举动，由于传统保险丝并不是拥有最优的特征。好比eFuse已经经拥有了逾越传统保险丝的电流检测掩护精度，特别思量到差别的情况温度这个上风越发较着。eFuse也已经经可以模仿传统保险丝的I²t特征，但传统保险丝I²t举动并不是是运用需要的抱负举动，安森美今朝正于研发能于非恒定I²t前提下事情的eFuse，其曲线点及参数可经由过程I2C或者SPI等串行通讯和谈举行编程设定。

eFuse依附其卓着的可设置性、精准的掩护速率、强盛的诊断反馈能力以和对于漫衍式架构的撑持，正于快速代替传统保险丝，成为汽车电路掩护的主流选择。从基础的过流掩护到繁杂的I²t特征模仿，再到容性负载处置惩罚与数字化通讯，eFuse的功效已经经远超传统元件，不仅显著晋升了体系的靠得住性与安全性，更于降低线束重量与整车成本方面阐扬着要害作用。将来，跟着可编程跳变曲线等技能的进一步成长，eFuse的上风将连续扩展。是以，于电路设计早期充实相识并考量eFuse的运用，已经成为晋升汽车电子体系总体机能的主要一环。