面向汽車(chē)應用的智能電子保險絲 提高48 V電氣系統架構安全性

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

由于在輕型混合動(dòng)力車(chē)輛中集成了48 V電氣系統和48 V標準，因而需要重新評估過(guò)流或短路保護，因為在48 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，才能熄滅保護繼電器開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電弧。這會(huì )導致延遲關(guān)斷和加速觸點(diǎn)磨損。

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

威世開(kāi)發(fā)了一款在48V下連續開(kāi)關(guān)最高200A負載的智能電子保險絲產(chǎn)品，可以在1到200 A之間設定最大電流。如果超過(guò)設定值，電子保險絲會(huì )在1 μs時(shí)間內切換。與傳統保險絲相比，電子保險絲可以進(jìn)行重置，這意味著(zhù)作動(dòng)后無(wú)需更換。

即使在200A開(kāi)關(guān)能力下，這款電子保險絲的功耗不超過(guò)14 W。換句話(huà)說(shuō)，在環(huán)境溫度不超過(guò)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。

兩級開(kāi)通操作

智能電子保險絲采用兩級開(kāi)通步驟運作，首先進(jìn)行短路測試。在測試過(guò)程中，通過(guò)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(chēng)為預充電。

為防止電子保險絲開(kāi)通時(shí)用戶(hù)側電容元件產(chǎn)生過(guò)大電流，元件通過(guò)串聯(lián)電阻器進(jìn)行預充電，直到輸出電壓達到輸入電壓的85%。一旦達到這個(gè)數值，電子保險絲就開(kāi)通了。

智能電子保險絲的主要部件

智能電子保險絲產(chǎn)品的核心是20個(gè)來(lái)自威世的N溝道SQJQ160E MOSFET。它們基于最新的 TrenchFET Gen-IV技術(shù)，實(shí)現了僅0.8 mΩ的超低RDSon。作為雙向MOSFET，能夠在電子保險絲關(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溫度范圍內可靠運作。

圖1：威世SQJQ160E緊湊型MOSFET具有極低的漏極-源極導通電阻，可實(shí)現智能電子保險絲的高效運作。(圖片來(lái)源：威世）

通過(guò)大量并聯(lián)MOSFET（總體RDSon 為0.3 mΩ）保證實(shí)現極低的功率損耗，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)現精確的電流測量，確保保險絲安全關(guān)斷。WSLP3921L3000FEA 通過(guò)了AEC-Q200 認證，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)應用的理想選擇。

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

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

該電路板采用威世NTC熱敏電阻NTCS0805E3103JMT來(lái)實(shí)現溫度監控，可以幫助提高安全水平。這款熱敏電阻也通過(guò)了AEC-Q200認證，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，智能電子保險絲既可以通過(guò)電路板上的控制元件進(jìn)行控制，也可以通過(guò)外部微控制器或機械開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。電子保險絲停用時(shí)，電路板的功耗為 53 mA，導通時(shí)則為 95 mA。憑借這些功能，威世的智能電子保險絲能夠實(shí)現現代電路概念，為開(kāi)發(fā)面向未來(lái)的汽車(chē)鋪平道路。

（作者：Edgar Schaefer）