12V到48V，eFuse加速上車

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）近年來電子保險絲受到了越來越多的關(guān)注，傳統(tǒng)保險絲在現(xiàn)在很多應(yīng)用里已經(jīng)不太能跟上需求，雖然它確實足夠簡單而且成本很低。

傳統(tǒng)保險絲經(jīng)常熔斷導(dǎo)致斷電的情景想必很多人都經(jīng)歷過，而隨著現(xiàn)在電子電路設(shè)計的發(fā)展，很多應(yīng)用對功能安全的要求越來越高，傳統(tǒng)保險絲不再能勝任這份工作。

其中很典型的一個應(yīng)用就是汽車，汽車技術(shù)的變革可以說是日新月異，各類功能安全等級要求既嚴苛又繁雜，電子保險絲eFuse取代傳統(tǒng)保險絲在汽車電子電氣架構(gòu)中逐步成為不可或缺的重要組件。

同時，隨著汽車電氣平臺從12V向48V升級，需要更多的eFuse支撐電子電氣架構(gòu)來決定整車智能化功能發(fā)揮上限。

從傳統(tǒng)保險絲到智能eFuse

傳統(tǒng)的保險絲，如玻璃管保險絲、片式保險絲和聚合物保險絲，足夠簡單但功能都很單一，只能保證切斷電流通路的基礎(chǔ)功能。聚合物保險絲通過增加電阻來限制電流，玻璃管保險絲和片式保險絲直接熔斷導(dǎo)電的熔斷體。

它們使用時也很容易受到環(huán)境溫度和其他使用條件的影響，而且熔斷電流的精確度較低，響應(yīng)速度也不夠快。更麻煩的一點是，傳統(tǒng)保險絲熔斷后，必須進行維修或更換。

隨著需求與技術(shù)的變化，保險絲已經(jīng)在傳統(tǒng)的一次性保險絲基礎(chǔ)上衍生出一些有各自特色的產(chǎn)品，半導(dǎo)體器件電子保險絲就是現(xiàn)在很受關(guān)注的產(chǎn)品。電子保險絲也稱半導(dǎo)體熔斷器，本質(zhì)上，它是集成電路，其市場規(guī)模約為6000萬美元。

電子保險絲作為集成電路，通過在單芯片上集成MOSFET、驅(qū)動、檢測電路、邏輯電路、診斷等模塊，提供了全面的電路保護的解決方案。電子保險絲在封裝內(nèi)集成的功能模塊很多，過流、過電壓、短路、過熱保護等常見的功能都可以集成在其中。

電子保險絲通過MOSFET開關(guān)進行電壓－電流檢測、控制電流通路的通斷，啟動分斷保護后可進行自恢復(fù)，且保護速度相對于傳統(tǒng)保險絲更快、精度更高、保護功能更全面。將電子保險絲串聯(lián)到供電電路中，就能提供遠多于傳統(tǒng)保險絲的功能。

這些多種多樣的保護功能，用分立元件來實現(xiàn)通常都很麻煩，電子保險絲解決了繁瑣的保護功能實現(xiàn)。與使用分立元件實現(xiàn)的安全功能相比，電子保險絲僅僅需要通過較少數(shù)量的元器件和較小占板面積就能實現(xiàn)同樣的功能，大幅簡化電路設(shè)計。

同時，由于電子保險絲采用的是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，能夠進行重復(fù)使用，在發(fā)生異常時電子保險絲切斷供電線路，之后可以重置并重復(fù)使用。重復(fù)使用時不必擔(dān)心電子保險絲有衰減與壽命次數(shù)限制，幾乎不用考慮芯片本身的故障。而且電子保險絲本身也帶診斷，能夠提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

現(xiàn)在很多應(yīng)用的功能安全標(biāo)準更全面也更復(fù)雜，如汽車的ASIL D。一顆電子保險絲芯片的應(yīng)用能減少很多安全標(biāo)準的認證工作，比以往的設(shè)計簡化了不少。

另一方面，電子保險絲能夠在線升級的好處也是不能忽視的。通過在線升級可以靈活調(diào)整保險絲的功能邏輯、及時修復(fù)問題，這也匹配了設(shè)備的功能升級。

12V到48V，eFuse助力汽車智能化提升

不論是電動汽車還是非電動汽車，目前大多使用12V的低壓電池來運行電氣和電子設(shè)備。對電動汽車而言，則多了一個高壓電源系統(tǒng)，專門用于牽引電機，為駕駛功能提供足夠的動力。

在12V平臺和高壓平臺之間，48V電壓平臺的出現(xiàn)與應(yīng)用解決了12V電源系統(tǒng)隨著汽車電氣化程度逐漸升級，電力需求愈發(fā)無法滿足的問題，48V將電壓上限提高，電流減少了四分之三，是汽車發(fā)展的重要方向。

從12V>48V，功率上限的提升，48V系統(tǒng)能承載更高功率設(shè)備，以滿足車載系統(tǒng)不斷增加的智能化、舒適化體驗，整車的智能化功能上限也得以提高。對智能程度不斷提升的汽車來說，任何故障都有著巨大的隱患。

尤其是自動駕駛功能，對整車的安全提出了極高的要求，傳統(tǒng)保險絲只是純電氣性零件，無法匹配多樣的保護功能，而且汽車每一次功能升級都可能需要更改保險絲的邏輯。

整車的智能化的提高，也需要更多的eFuse支撐電子電氣架構(gòu)來提升整車智能化功能發(fā)揮上限。電氣架構(gòu)升級、電路復(fù)雜程度提升帶動了eFuse需求。

老式的搭配是繼電器加上保險絲，現(xiàn)在只需要電子保險絲就能保護域控制器，尺寸更加緊湊，配電部分電子保險絲為ECU的多個負載點提供穩(wěn)定可靠的保護。更重要的一點是eFuse的可編程可升級特性。

eFuse的電流限制、電壓限制都是可以進行編程的，汽車功能升級導(dǎo)致的電氣參數(shù)發(fā)生變化時eFuse的可編程性不再需要更換保險絲，只需要重新編程即可。現(xiàn)在軟件是汽車重要的差異點，OTA升級是功能迭代的必要手段。電子保險絲能夠在線升級的好處遠超傳統(tǒng)保險絲太多。

冗余電源是現(xiàn)在汽車設(shè)計中的重要一環(huán)，電子保險絲能夠檢測反向電流，在需要冗余電源應(yīng)用中非常有用。

就電子保險絲本身的保護性能來說，其反應(yīng)速度對比玻璃管保險絲、片式保險絲和聚合物保險絲都有著鴻溝式的領(lǐng)先。全SiC設(shè)計的eFuse對短路的響應(yīng)速度無與倫比，比熱熔絲的響應(yīng)速度快數(shù)百倍，納秒級的反應(yīng)速度對比毫秒級、秒級是數(shù)量級上的領(lǐng)先。瞬間保護、自動重啟恢復(fù)等特性對汽車智能化無疑是很大的助力。這種快速的檢測可進一步實現(xiàn)汽車系統(tǒng)級集成和優(yōu)化。

目前，汽車的諸多子系統(tǒng)，如信息娛樂系統(tǒng)、ADAS域控制系統(tǒng)、外部傳感單元、天線系統(tǒng)等等都已經(jīng)有了大量eFuse的應(yīng)用。隨著汽車向48V升級，功能進一步增加，車內(nèi)電子保險絲用量還會不斷增加。

小結(jié)

隨著市場對性能、安全性和可靠性的關(guān)注度不斷提高，eFuse電路保護方案正在快速發(fā)展。尤其是在汽車系統(tǒng)中，12V到48V的轉(zhuǎn)變需要更完備更智能的電路保護，eFuse在其中起到了關(guān)鍵作用。