汽車電子域控時(shí)代的新興器件-E-Fuse應(yīng)用

雖然最近特斯拉深陷剎車失靈的爭(zhēng)議之中，但是并不妨礙各大Tier1巨頭以及新能源汽車的廠商們對(duì)他優(yōu)秀電子電器架構(gòu)的模仿與學(xué)習(xí)。

E-Fuse的大規(guī)模應(yīng)用，應(yīng)該是從特斯拉開(kāi)始，也是特斯拉將汽車的設(shè)計(jì)進(jìn)行了顛覆，然后我們才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)汽車上的配電盒居然可以取消，在汽車上用了幾十年的傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲，被特斯拉干掉了。

基于博世對(duì)電子電器架構(gòu)的分級(jí)，在后期的域融合方面，會(huì)跟特斯拉一樣，將整車上的執(zhí)行器，按照就近原則，對(duì)車上的ECU進(jìn)行極大的改革，一方面極大的節(jié)省線束，實(shí)現(xiàn)成本的下降，另一方面線束的減少對(duì)于車輛的減重有很大的幫助（偶然有一次了解到一個(gè)B級(jí)車的白車身，沒(méi)記錯(cuò)的話也就兩三百公斤，而整車上的線束總重量，也差不多是這么重。），同樣也是有利于提高電動(dòng)車的續(xù)航。

E-Fuse的應(yīng)用場(chǎng)景

那么就回到我們這一次的主題，主題是說(shuō)一下E-Fuse，那E-Fuse的應(yīng)用場(chǎng)景是怎么樣的呢？說(shuō)到這個(gè)就得從電氣電氣的架構(gòu)開(kāi)始說(shuō)起。以下內(nèi)容部分信息參考文章：https://mp.weixin.qq.com/s/oFuCJZttITDGjSJSYeQtGQ。

針對(duì)很早很早以前博世的一張對(duì)電子電氣分類的這張圖，從分布式，到集中式，到現(xiàn)在的中央集中式——第三階段，也就是現(xiàn)在目前各種解決方案中推廣的比較多的。包括大眾的MEB平臺(tái)的E3架構(gòu)，寶馬iNEXT車型的三域架構(gòu)方案，華為的CC架構(gòu)，偉世通的三域EEA方案，這都是目前比較主流的架構(gòu)。

三域控主要就是包含以下三個(gè)域，分別是：車控域控制器（VDC，VehicleDomain Controller）、智能駕駛域控制器（ADC，ADASAD Domain Controller）、智能座艙域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）。

1、大眾的MEB平臺(tái)

對(duì)于大眾MEB平臺(tái)，其三域控的方案中包含：車輛控制服務(wù)器ICAS1、智能駕駛服務(wù)器ICAS2和信息娛樂(lè)服務(wù)器ICAS3。大眾的中央域控制器集成了Switch的功能，這個(gè)Switch就有點(diǎn)像充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理的角色，在目前的電子電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，喚醒一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)硬線或者網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文，如果通過(guò)Switch，在所有策略都集中到域控中來(lái)執(zhí)行的時(shí)候，通過(guò)Switch可以讓子節(jié)點(diǎn)在需要它的時(shí)候再讓它喚醒。另外一個(gè)方面，子節(jié)點(diǎn)的電源直接從中央域控過(guò)來(lái)，能夠省掉之前繞去前艙的繼電器盒再回來(lái)這么一圈的線束長(zhǎng)度，能夠極大的縮減線束的成本。

2、華為的CC架構(gòu)

華為在上海車展上火了一把，火的是極狐汽車，但是我不知道極狐是什么電子電氣架構(gòu)。但目前華為也是三域控，包括VDC、CDC、MDC三個(gè)中央域，下面帶四個(gè)區(qū)域控制器。四個(gè)區(qū)域控制器按照就近原則接入整車的控制節(jié)點(diǎn)，這種方式的中央域控與其他的三域控方案都類似，就是把整車控制，智能座艙，智能駕駛分開(kāi)控制。

而其四個(gè)區(qū)域控制器則作為執(zhí)行節(jié)點(diǎn)，為就近的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，或者電源管理。

3、偉世通的三域方案

偉世通的三域控方案與華為的類似，也是分為整車控制，智能座艙，智能駕駛這三個(gè)，但是對(duì)于華為的高度集成4區(qū)域控制器方案，偉世通做了一些區(qū)別，二是有7個(gè)區(qū)域控制。

二、E-Fuse的應(yīng)用案例

除了大眾的MEB平臺(tái)將所有的節(jié)點(diǎn)都交給中央域的控制來(lái)執(zhí)行之外，其余的域控方案目前還暫時(shí)沒(méi)有這么的激進(jìn)，而是仍然將附件的控制獨(dú)立出來(lái)，交給了區(qū)域控制器來(lái)執(zhí)行，并且通過(guò)區(qū)域控制器來(lái)對(duì)子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電源的管理。也就是通過(guò)E-Fuse來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的供給與切斷。不同的附件以及執(zhí)行器按照就近原則放在不同的zone控制器下面來(lái)進(jìn)行控制，通過(guò)zone控制器來(lái)對(duì)下一級(jí)的ECU電源進(jìn)行管理，這就是E-Fuse的使用環(huán)境了。

下圖就是一個(gè)比較典型的區(qū)域控制器的拓?fù)淇驁D，其主要功能包括網(wǎng)關(guān)，因此能看到集成了大量的通訊節(jié)點(diǎn)，包括CAN、LIN、以太網(wǎng)。最重要的是通過(guò)E-Fuse來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)子節(jié)點(diǎn)的電源管理。

E-Fuse與一般的高邊驅(qū)動(dòng)非常類似，通過(guò)對(duì)12V電源的控制，來(lái)輸出12V給到下一級(jí)的用電器。以東芝的一款產(chǎn)品為例，它較為典型的一種應(yīng)用電路如下圖所示：

其相對(duì)應(yīng)的管腳定義如下表所示，這些都是從datasheet里面搬運(yùn)過(guò)來(lái)的。

ILIM這個(gè)管腳是類似于定于E-Fuse的最大電流，在TCKE812NA這款E-Fuse中，通過(guò)一個(gè)下拉電阻來(lái)限定通過(guò)fuse的最大電流，計(jì)算公式如下，在參考電路里面，最大電流的選擇需要根據(jù)線束來(lái)選擇，假設(shè)選擇AWG24的線束，那最大電流就是0.9A左右，根據(jù)要求計(jì)算出相當(dāng)?shù)碾娮柚怠?/p>

1、發(fā)生過(guò)流故障時(shí)（還沒(méi)有達(dá)到短路的情況下）

當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，如果附件發(fā)現(xiàn)過(guò)流（非短路情況），E-fuse會(huì)立即檢測(cè)到過(guò)流，此時(shí)最大輸出電流就限制在E-fuse設(shè)定的最大值，并且降低輸出電壓，待芯片達(dá)到熱保護(hù)的溫度時(shí)，E-fuse關(guān)斷輸出。

如上圖所示，是發(fā)生過(guò)流故障時(shí)重復(fù)開(kāi)啟的一種類型，達(dá)到熱保護(hù)溫度的時(shí)候，會(huì)關(guān)斷輸出，當(dāng)溫度下降后，又重復(fù)開(kāi)啟，直到過(guò)流故障消失。還有另外一種是發(fā)生過(guò)流故障后立刻關(guān)斷輸出，直到使能管腳重新置位才會(huì)重新輸出。

2、發(fā)生短路故障時(shí)

如果在很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)E-fuse的電流超過(guò)1.6倍的電流極限值（ILIM），那么芯片會(huì)判斷為短路故障，短路保護(hù)功能立即開(kāi)始起作用。會(huì)迅速將輸出關(guān)斷。

3、電壓鉗位功能

對(duì)于傳統(tǒng)的fuse，當(dāng)蓄電池發(fā)生較大的浪涌脈沖時(shí)，會(huì)無(wú)損的通過(guò)fuse傳遞到ECU的電源輸入口上，而對(duì)于東芝的這款E-fuse，它還有一個(gè)鉗位功能，對(duì)于5V輸出的E-fuse，最大鉗位電壓為6.04V，而對(duì)于12輸出的型號(hào)，最大鉗位電壓為15V，基本上能夠滿足ECU的全部電壓工況。

參考文章：

https://mp.weixin.qq.com/s/oFuCJZttITDGjSJSYeQtGQ

總結(jié)

東芝的這個(gè)系列E-fuse，除了上述的功能之外，還能夠通過(guò)外置MOSFET的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)防反功能，也可以通過(guò)配置Cdv/dt來(lái)減小浪涌電流，并且在EN腳連接常電而ECU休眠的情況下，最大暗電流小于0.6mA，基本上滿足ECU的暗電流需求。對(duì)于需要連接常電的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，目前也是足夠的。

編輯：黃飛

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