電子保險絲選型要點(diǎn)全解析

即便是不起眼的保險絲，也不可避免地受到技術(shù)進(jìn)步的沖擊，以往簡(jiǎn)單的玻璃管保險絲正逐步被功能更強大、更先進(jìn)的智能電子保險絲(eFuse)所取代。

電子保險絲與傳統保險絲的區別

盡管變化很大，但保險絲的基本功能始終如一。保險絲始終都是保護電路免受過(guò)電流影響的保護器件，無(wú)論過(guò)電流是數百安培，還是僅僅幾毫安。通常情況下，采取的保護措施是將電路與電源斷開(kāi)。對于傳統保險絲來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)保險絲會(huì )熔斷，需要實(shí)際更換保險絲。而電子保險絲則是通過(guò)半導體開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)連接，因而可以進(jìn)行復位，而且通常能夠自動(dòng)復位。

傳統保險絲僅僅依靠其中的熔絲來(lái)決定何時(shí)斷開(kāi)負載（又稱(chēng)“熔斷”），而電子保險絲的“熔斷”特性是可以改變的，最常見(jiàn)的方式是在一個(gè)專(zhuān)用引腳上連接一個(gè)外部電阻器。然而，要理解電子保險絲的“熔斷”機制，需要考慮的因素遠不止流過(guò)器件的電流。

電子保險絲選擇要點(diǎn)

首先要了解電子保險絲的熱特性，因為熱特性可能會(huì )有很大差異。在大電流通過(guò)的情況下，熱應力是許多系統常見(jiàn)的故障原因，并且隨著(zhù)器件尺寸不斷減小，這種現象愈發(fā)普遍。

任何器件（包括電子保險絲）的熱性能都與其物理尺寸和結構有關(guān)。在大多數設計中，半導體結與周?chē)h(huán)境空氣之間存在多層結構，熱量必須穿過(guò)這個(gè)“熱階梯”才能散發(fā)出去。

圖1：典型電子保險絲的熱階梯

熱量的傳遞需要時(shí)間，因此與短脈沖相關(guān)的熱量會(huì )全部留在器件內部。在許多電子保險絲中（具體取決于熱容），持續時(shí)間超過(guò)10毫秒的脈沖所產(chǎn)生的部分熱量會(huì )傳遞至封裝，然后開(kāi)始向周?chē)h(huán)境空氣或器件所在的PCB散熱。

通過(guò)分析穩態(tài)電流，可根據熱阻抗(oC/W)、環(huán)境溫度和最高結溫來(lái)確定電子保險絲的RDS(ON)。據此，設計人員能夠計算出特定器件的工作極限。

接下來(lái)，通過(guò)施加不同持續時(shí)間的大電流脈沖來(lái)評估電子保險絲的動(dòng)態(tài)性能。由此可以推導出（并繪制出）熱阻抗隨脈沖持續時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

一般來(lái)說(shuō)，脈沖持續時(shí)間越短，熱阻抗越低，而RDS(ON)和芯片尺寸等參數將決定這些較短脈沖下阻抗曲線(xiàn)的形狀。對于持續時(shí)間較長(cháng)的脈沖（熱量有時(shí)間在器件中擴散），PCB對曲線(xiàn)形狀的影響會(huì )更大。諸如更多的層數、更厚的銅層以及散熱焊盤(pán)等特性，都會(huì )改變曲線(xiàn)的形狀。

雖然特性表征的方法是一致的，但必須針對每個(gè)具體應用分別進(jìn)行，以考慮各種可變因素（例如PCB）。只有這樣，并且清楚了解電流脈沖的幅度和持續時(shí)間，才能為特定應用選擇正確的電子保險絲。

盡管這種特性表征很有用，但在實(shí)際應用中，需要將阻抗與時(shí)間之間的曲線(xiàn)轉換為電流與時(shí)間之間的曲線(xiàn)。為此，必須知道RDS(ON)和 ?t（芯片溫度的可接受變化量）。

圖2：電子保險絲的熱限制曲線(xiàn)

根據這些曲線(xiàn)，可快速輕松地確定在給定結溫(Tj)上升情況下脈沖的最大持續時(shí)間。當然，良好的設計實(shí)踐要求留出一定的安全裕度，而這需要根據每個(gè)應用的具體情況來(lái)確定。

最后要考慮的是任何會(huì )承載電流且電流會(huì )流經(jīng)電子保險絲的導線(xiàn)。所使用的參數是“電流平方x時(shí)間”，即I2t。對于傳統保險絲，這個(gè)參數通常被定義為一個(gè)固定值，并且會(huì )與保險絲的標稱(chēng)電流一起給出。

然而，這種直線(xiàn)方式人為地限制了性能，實(shí)際上電流越低時(shí)，線(xiàn)束能夠承受更長(cháng)的時(shí)間。因此，電子保險絲的跳閘點(diǎn)通常會(huì )遵循一條曲線(xiàn)，以便更好地發(fā)揮系統的性能。

采用這種曲線(xiàn)方式可以使系統元件的尺寸更符合所需的性能要求，同時(shí)還能節省空間、減輕重量并降低成本。

電子保險絲的未來(lái)

安森美目前正在研發(fā)能在非恒定I2t條件下工作的電子保險絲，其曲線(xiàn)點(diǎn)和參數可通過(guò)I2C或SPI等串行通信協(xié)議進(jìn)行編程設定（并且如果需要，還可以重新編程）。這類(lèi)保險絲將包含若干典型曲線(xiàn)，用戶(hù)可以將這些曲線(xiàn)作為新設計的起始參考依據。