NIV3071 eFuse在汽車應(yīng)用中的優(yōu)勢

1 汽車應(yīng)用中的NIV3071

在汽車應(yīng)用中使用 NIV3071有幾個(gè)優(yōu)勢。該器件采用6x5 mm封裝，與機(jī)械繼電器和熔斷器等傳統(tǒng)解決方案相比，大大減少了所需的電路板面積。與這些傳統(tǒng)解決方案相比，eFuse在發(fā)生故障時(shí)無需更換，因?yàn)槠浔Ｗo(hù)功能將同時(shí)保護(hù)器件和負(fù)載，從而在整個(gè)車輛中實(shí)現(xiàn)分布式區(qū)域控制架構(gòu)。該器件有兩個(gè)版本：鎖存型和自動(dòng)重試型。如果發(fā)生故障，鎖存器件將鎖閉，直到通過切換EN引腳或功率循環(huán)發(fā)送命令為止。自動(dòng)重試器件將等待3ms，如果進(jìn)入熱關(guān)斷保護(hù)，則會等待足夠冷卻芯片的時(shí)間，然后再嘗試重新導(dǎo)通。

與傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲相比，NIV3071 的另一個(gè)優(yōu)勢是在發(fā)生故障時(shí)，其短路響應(yīng)時(shí)間非?？?，僅為6s。與圖 1所示的傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲相比，這分別降低了峰值電流和功耗，對任何相關(guān)線束的峰值電流和額定功率都有益。此外，快速響應(yīng)時(shí)間可防止輸入電源電壓驟降，從而保護(hù)任何安全攸關(guān)的負(fù)載以及使用同一電源的其他負(fù)載，如圖2所示。

圖1 左側(cè)插片式保險(xiǎn)絲，中心 PTC，右側(cè)NIV3071 eFuse

圖2 同一電源上有多個(gè)eFuse

NIV3071由四個(gè)集成通道組成，可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，也可以并聯(lián)在一起，以提供更多負(fù)載電流，如圖 3所示。輸入可以由不同的電源或公共電源供電。憑借這種靈活性，NIV3071可以通過同一器件輕松支持48V和12V負(fù)載。這在汽車應(yīng)用中非常有利，因?yàn)橥ㄟ^一個(gè)器件即可保護(hù) ECU（電子控制單元）中的48V和12V負(fù)載。

圖3 NIV3071的配置

該器件應(yīng)與穩(wěn)壓電源搭配使用。由于該器件具有UVLO功能且無反向電流保護(hù)，因此不建議用在需要冷啟動(dòng)和拋負(fù)載（負(fù)載突降）的其他汽車應(yīng)用。

2 動(dòng)態(tài)特性和注意事項(xiàng)

導(dǎo)通時(shí)序

NIV3071具有受控導(dǎo)通功能，可以通過導(dǎo)通延遲時(shí)間 (Tdly_(On)) 和導(dǎo)通時(shí)間 (tRAMP_(On)) 進(jìn)行描述，如圖4所示：

圖4 NIV3071的導(dǎo)通時(shí)序

導(dǎo)通延遲時(shí)間定義為EN引腳達(dá)到其最大值的90%到輸出端達(dá)到標(biāo)稱電壓的10%之間的時(shí)間。導(dǎo)通時(shí)間定義為輸出端達(dá)到標(biāo)稱電壓的10%至90%之間的時(shí)間。如果EN引腳上出現(xiàn)任何瞬時(shí)電壓尖峰，或者微控制器在加電時(shí)發(fā)送正確邏輯信號略有延遲，則導(dǎo)通延遲時(shí)間會用作去毛刺濾波器，以確保在預(yù)期導(dǎo)通時(shí)間安全啟動(dòng)負(fù)載。

導(dǎo)通時(shí)間功能可以通過外部電容進(jìn)行配置。要正確使用導(dǎo)通時(shí)間功能，必須考慮負(fù)載類型。雖然對于容性負(fù)載來說，增加導(dǎo)通時(shí)間有助于減少浪涌電流尖峰，但對于阻性負(fù)載，隨著輸出電壓上升，消耗的電流將持續(xù)增加。由于該直流電流和延長的輸出導(dǎo)通時(shí)間會導(dǎo)致在器件上產(chǎn)生電壓梯度，器件將消耗大量功率，并可能在器件完全導(dǎo)通之前進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)以保護(hù)芯片。這取決于輸入電壓、輸出電壓導(dǎo)通時(shí)間、負(fù)載電流曲線和環(huán)境溫度。

3 浪涌電流控制

NIV3071和安森美(onsemi)的其他eFuse具有浪涌電流控制功能，可限制導(dǎo)通容性負(fù)載時(shí)出現(xiàn)的峰值電流。該功能由一個(gè)外部引腳控制，該引腳可以保持開路，或者在dvdt引腳和地之間使用一個(gè)較小值的陶瓷電容。通過向該引腳添加電容，可以延長輸出導(dǎo)通時(shí)間，從而降低峰值電流，可以表示為：

以下關(guān)系式可用于控制給C_load下的峰值電流：

使用上述公式和圖5，用戶可以設(shè)置導(dǎo)通容性負(fù)載時(shí)的最大浪涌電流。下面的圖6和圖7提供了一個(gè)測試用例：

圖5 導(dǎo)通時(shí)間與dv/dt引腳電容的關(guān)系

圖6 浪涌電流控制測試用例

圖7 測試用例的測量結(jié)果

4 大容性負(fù)載和肖特基二極管

對于較大的容性負(fù)載（和低電流直流負(fù)載），可以在輸出和輸入之間放置一個(gè)肖特基二極管，如圖8所示，以在器件關(guān)斷時(shí)保護(hù)eFuse的體二極管免受過大反向電流的影響。一旦輸入電壓降至UVLO以下，器件就會關(guān)斷，由于輸出電容在完全放電之前維持輸出電壓，這會在器件上產(chǎn)生反向電壓。與此同時(shí)，負(fù)電壓對肖特基二極管進(jìn)行偏置，提供了在器件周圍放電的路徑，如圖9中的測量結(jié)果所示。

圖8 使用肖特基二極管防止反向電流情況

圖9 測量流經(jīng)器件和外部肖特基二極管的電流

5 關(guān)閉感性負(fù)載

在輸出端發(fā)生接地短路或過流故障事件期間，NIV3071可快速關(guān)斷以同時(shí)保護(hù)器件和下游電路。如果電源路徑中存在很大的電感（例如電纜），則快速關(guān)斷將導(dǎo)致電壓尖峰超過器件的額定電壓。為了緩解這些電壓尖峰，可以使用多種選項(xiàng)?？梢栽谳斎牒徒拥囟酥g放置一個(gè)TVS二極管，而肖特基二極管可以作為續(xù)流二極管與負(fù)載并聯(lián)放置。此外，RC緩沖電路可與負(fù)載并聯(lián)使用。如果具體應(yīng)用中的預(yù)期電感超過5uH，則強(qiáng)烈建議使用外部肖特基二極管或緩沖器。

6 結(jié)束語

隨著汽車市場的電氣化趨勢不斷升級，且48V系統(tǒng)越來越普及，NIV3071在汽車應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢。

（本文來源于《EEPW》2024.3）