為什么現(xiàn)在的汽車電子ECU設(shè)計(jì)，都開始拋棄傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲？干硬件時(shí)間久了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別明顯的趨勢(shì)：以前板子上出問(wèn)題，大家第一反應(yīng)是：“保險(xiǎn)絲燒了沒(méi)？”
現(xiàn)在越來(lái)越多產(chǎn)品開始變成：“EFUSE動(dòng)作了嗎？”現(xiàn)在的域控制器，EFUSE電子保險(xiǎn)絲幾乎已經(jīng)成了標(biāo)配。在智能化車載大功率配電、域控制器、電子保險(xiǎn)絲盒子等設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的熔斷絲和機(jī)械繼電器正加速被E-Fuse智能電子保險(xiǎn)絲所取代。傳統(tǒng)熔斷絲的響應(yīng)速度慢、熔斷精度低且不可復(fù)位，在要求功能安全I(xiàn)SO 26262和全診斷的智能化汽車架構(gòu)中已捉襟見肘。
很多新人第一次接觸它的時(shí)候，會(huì)覺(jué)得：不就是MOS+電流檢測(cè)嗎？結(jié)果真正開始設(shè)計(jì)才發(fā)現(xiàn)這玩意遠(yuǎn)比想象復(fù)雜。因?yàn)閭鹘y(tǒng)保險(xiǎn)絲解決的，只是過(guò)流以后斷掉，而EFUSE解決的是系統(tǒng)級(jí)電源安全管理，這完全不是一個(gè)維度。
接下來(lái)我將基于MPS的汽車級(jí)高壓高電流E-Fuse芯片MPQ5884規(guī)格書 ，帶你從0到1深度搞懂E-Fuse電子保險(xiǎn)絲的內(nèi)部機(jī)制、外圍關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)依據(jù)、電路計(jì)算及外圍核心器件的選型方法。
MPQ5884是一款專為替代傳統(tǒng)繼電器和保險(xiǎn)絲而設(shè)計(jì)的低導(dǎo)通電阻汽車級(jí)芯片，以下是它的關(guān)鍵特性：
1.輸入電壓能力VIN：正常工作范圍在6V～60V，能承受最高高達(dá)80V的汽車級(jí)拋負(fù)載Load Dump高壓脈沖。
那么問(wèn)題來(lái)是，為什么是80V呢？為什么不是70V或者90V呢？
在48V系統(tǒng)中，由于雙向DC/DC變換器、48V啟動(dòng)發(fā)電機(jī)以及高功率負(fù)載如電子空調(diào)、電動(dòng)渦輪的存在，瞬間切斷大電流會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的瞬態(tài)過(guò)電壓。那這個(gè)電壓是多少呢？你問(wèn)我，那當(dāng)然是要查標(biāo)準(zhǔn)。
在48V電氣架構(gòu)中，主要的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是ISO21780:2020（《道路車輛48V供電電壓電氣要求及試驗(yàn)》），國(guó)內(nèi)與之對(duì)應(yīng)的是最新發(fā)布的推薦性國(guó)標(biāo)GB/T45120-2024。在國(guó)標(biāo)中，定義了拋負(fù)載測(cè)試脈沖的最高電壓是70V，所以MPS設(shè)計(jì)芯片時(shí)設(shè)計(jì)到了80V，高10V留了點(diǎn)余量，所以芯片耐壓設(shè)計(jì)到70V那就不太夠，設(shè)計(jì)到90V，余量又太大，所以設(shè)計(jì)到80V就剛剛好，訥，這是不是顯得很專業(yè)。
2.通流能力與內(nèi)阻：內(nèi)置一顆阻值僅有4.5mΩ（典型值，在Tj=25°C時(shí)）的N通道MOSFET，額定標(biāo)稱持續(xù)工作直流電流達(dá)15A。有些剛?cè)胄械挠布值芸裣惭剑@芯片這么牛掰，一個(gè)芯片能干15A電流！
注意啊，規(guī)格書寫能支持15A的負(fù)載電流，你可別傻乎乎的真按15A的負(fù)載去選。
規(guī)格書寫的一般都是環(huán)境溫度為常溫25℃下通流能力，你通15A電流是沒(méi)問(wèn)題的，但是誰(shuí)家產(chǎn)品只工作在25℃下呢，萬(wàn)一到了夏天，又萬(wàn)一你開車去吐魯番，萬(wàn)一你又到了火焰山，那環(huán)境溫度不是輕松到達(dá)50℃。
如圖中Note2所示，芯片在TA=25℃時(shí)允許的最大連續(xù)功耗是7.6W(基于θJA=16.5計(jì)算：(150－25)/16.5≈7.57W)。但隨著環(huán)境溫度TA升高，允許的功耗會(huì)線性猛猛的往下降。
另外需要注意的是這類QFN-30(5mmx6mm)封裝之所以能跑15A這么大電流，完全依賴底部的Exposed Pad。PCB上必須設(shè)計(jì)密集的散熱過(guò)孔直通地平面，否則θJA會(huì)惡化數(shù)倍，瞬間觸發(fā)芯片的Thermal Shutdown。
3.全方位保護(hù)與診斷：支持Fuse-Like仿保險(xiǎn)絲過(guò)流保護(hù)、快速短路保護(hù)SCP、過(guò)溫保護(hù)OTP、反向電池自保護(hù)以及開路負(fù)載檢測(cè)OLD。
為什么要有這么多的保護(hù)功能？
傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲有個(gè)致命問(wèn)題，它根本不懂正常浪涌、瞬態(tài)尖峰、電容充電、電機(jī)啟動(dòng)、真正短路之間的區(qū)別。
它只知道電流大了，我就熔，結(jié)果就是讓咱們硬件兄弟們很頭大的保險(xiǎn)絲誤保護(hù)。
電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜以后，傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲已經(jīng)逐漸跟不上了。
接下來(lái)關(guān)于EFUSE選型還有一個(gè)重要的點(diǎn)就是溫升計(jì)算，手冊(cè)很貼心給了參數(shù)，也給了功耗計(jì)算方法，通過(guò)功耗計(jì)算方法也能得到溫升計(jì)算方法。
如果你已知芯片的預(yù)估總功耗PD，并且想在設(shè)計(jì)前期評(píng)估它在特定環(huán)境溫度TA下會(huì)不會(huì)超溫，使用θJA:
關(guān)于溫升計(jì)算，兄弟們一定要注意的一個(gè)陷阱在Note 8明確寫了出來(lái)，JESD51-7（23.1°C/W）只是用于同行package 對(duì)比的，不能直接用于實(shí)際設(shè)計(jì)。如果你的PCB設(shè)計(jì)（層數(shù)、銅厚、大面積地）接近官方評(píng)估板，可以代入θJA=16.5°C/W進(jìn)初步計(jì)算。如果你的板子散熱面積小，這個(gè)熱阻就會(huì)大幅上升。
這篇文章先到這了，點(diǎn)擊"閱讀原文"貼了一個(gè)MPS官方對(duì)這顆料的介紹，大家也可以提前看看，準(zhǔn)備一下，這樣結(jié)合我的文章讀起來(lái)效果會(huì)更好。
想要真正讀懂EFUSE的規(guī)格書和搞懂外圍電路設(shè)計(jì)，關(guān)注我，下一篇文章繼續(xù)開講EFUSE，咱們爭(zhēng)取搞個(gè)EFUSE講解系列文章讓大家學(xué)到老！今天你學(xué)廢了嗎？
