eFuse在汽车域控制器架构中如何提供更智能的保护？

【导读】汽车应用的电气化和自动化趋势推动了域控制器的兴起，用以减轻线缆重量并将车辆架构简化为多个局部化的电源中心。设计人员可以利用这种新兴架构，将传统保险丝和机械继电器替换为更紧凑的电子保险丝 (eFuse)，以提供更先进的保护功能，包括故障情况下更快速、更准确的响应。eFuse 将保护和开关功能集成到单个小尺寸封装中。

eFuse 是局部配电方案的重要组成部分，可为车辆的电子控制单元 (ECU) 等多个负载点提供关键的智能保护，如图 1 所示。这些 eFuse 负责保护整个车辆的传感器（距离传感器、温度传感器等）、摄像头、低压电机（用于汽车座椅、车窗控制）及前大灯和尾灯免受过流事件的影响。

图 1：域控制器中使用 eFuse

设计人员面临的另一个挑战是印刷电路板 (PCB) 被限制在极小面积下，实现每个 ECU 网络内驱动多个独立（阻性、容性和感性）负载。每个 ECU 负载可能有不同的电流和电压范围要求，导致设计人员不得不使用多种 eFuse 型号。此外，根据严格的汽车要求规定，eFuse 必须能够承受接地短路事件，同时确保电源，和其他下游负载不受此类瞬变的影响。

安森美 (onsemi) 的新型 NIV3071 eFuse具有 8V 至 60V 工作输入电压范围，在紧凑的 5x6mm 封装中集成了 4 个独立通道，可以同时驱动多个并联负载。每个独立通道可支持 2.5A 连续电流，4 个通道并联时可支持 10A 连续电流。NIV3071 支持各种负载，包括阻性负载、感性负载和容性负载。NIV3071 可驱动大的容性负载，经测试在 Vin = 52 V、60ms 爬坡时间、Iout = 866mA、Ta = 25°C 时支持高达 1mF 容性充电。宽工作输入电压范围使 NIV3071 非常适合 12V 和 48V 汽车应用。

此外，汽车设计人员可利用 NIV3071 的灵活性以多种配置驱动各种负载，如图 2 所示。4 个独立通道可以工作在允许范围内的任意大小的不同电压下（通常为 12V、24V、36V 和 48V，但不限于此），如配置 A 所示。该器件也可以连接单个电源，即所有输入连接在一起（例如 48 V）来驱动 4 个不同的下游负载，如配置 B 所示。配置 C 显示了 NIV3071 并联4个通道驱动高达 10A 的连续电流，而配置 D 突出显示了 eFuse 驱动 2 个负载，每个负载最高可达 5 A。

图 2：NIV3071 配置

NIV3071 有助于实现稳健的设计，其能够承受输入电压 ≤60 V 的接地短路事件而不损坏，即使输入和输出上的线束电感高达 5 uH，也无需输出肖特基二极管的保护，如图 3 所示。NIV3071 还支持各种负载的运行，包括 25°C 时为高达 1 mF 的容性负载充电。

图 3：NIV3071 稳健可靠，能够承受接地短路事件

NIV3071 eFuse 的性能优于传统保险丝和正温度系数保险丝 (PTC)。在短路事件中，eFuse 可确保下游负载在故障情况下始终受到保护。图 4 展示了 NIV3071 的快速响应时间，它能够最大限度地减少电流尖峰，同时确保连接到同一电源的所有其他电路具有稳定的供电 (VCC)。

图 4：NIV3071 稳健性 – 短路事件

总之，eFuse 是域控制器架构的关键要素，可确保整个车辆的局部 ECU 受到保护且稳健可靠。凭借宽工作电压范围和同时驱动多个并联负载的能力，NIV3071 可以在驱动多个下游负载的同时最大限度地减少保护方案所需的 PCB 面积。NIV3071 提供稳健的域控制设计，无需额外的分立保护电路，它就能承受eFuse通路上连接线束电感达到5uH并且工作电压高达 60V条件下的接地短路事件，与之类似的工业版本 NIS3071 也已推出。