1 應(yīng)用簡報

引言

在接下來的幾年中，將汽車應(yīng)用中的熔斷型保險絲替換為智能保險絲的熱潮可能會有增無減。熔斷型保險絲在汽車中應(yīng)用了數(shù)十年，用于防止對電纜造成熱損壞。這些保險絲始終具有高可靠性和低成本。隨著電子控制單元 (ECU) 數(shù)量的增加以及高功率 MOSFET 技術(shù)的成熟，MOSFET 可用于替代傳統(tǒng)的熔斷型保險絲。本應(yīng)用簡報中將智能保險絲定義為 MOSFET，這是一種基礎(chǔ)保護(hù)機制，熔斷型保險絲可能無法比擬。智能保險絲可輕松測量電流和管理負(fù)載。在發(fā)生故障時，智能保險絲特別易于維護(hù)。智能保險絲無需更換，可使用軟件進(jìn)行復(fù)位。

本文論述了德州儀器 (TI) 對智能保險絲設(shè)計在不同電流電平下的調(diào)查研究。圖 1 展示了所實施的智能保險絲設(shè)計的方框圖。負(fù)載電流小于 10A 時，此實施方案中使用了 TI 的高側(cè)開關(guān)，如 TPSXHBXX-Q1 和 TPSHXXX-Q1。負(fù)載電流高于 10A 時，TPS1211x-Q1、TPS4811x-Q1 和 DRV8106-Q1 器件（添加了外部 MOSFET）用于實現(xiàn)智能保險絲設(shè)計。當(dāng)然，所有這些器件都集成了電流檢測功能。因此，可輕松實現(xiàn)基于限流的導(dǎo)線保護(hù)，或在微控制器 (MCU) 中使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 來測量負(fù)載電流并實施復(fù)雜的 I2T 導(dǎo)線保護(hù) 方案。

智能保險絲的限流方法

在大多數(shù)情況下，智能保險絲設(shè)計不需要復(fù)雜的 I2T 功能；相反，限流功能足以實現(xiàn)導(dǎo)線保護(hù)。

電阻負(fù)載：電阻負(fù)載的電流始終遵循歐姆定律。因此，可以輕松設(shè)置安全電流限值。

電感負(fù)載：對于繼電器、螺線管或閥門等汽車車身電感負(fù)載，直流電阻值為幾歐姆。在串聯(lián) RL 電路中應(yīng)用基爾霍夫電壓定律， $\mathrm{V}=\mathrm{i}\times \mathrm{R}+\mathrm{L}\mathrm{d}\mathrm{i}/\mathrm{d}\mathrm{t}$ 可以推斷出穩(wěn)態(tài)負(fù)載電流主要由直流電阻決定。對于 12V 電池，電流如果不是數(shù)百毫安，也只有幾安培。因此可以輕松確定安全電流限值。

電容負(fù)載：電子控制單元 (ECU) 或輸入電容器組等負(fù)載具有浪涌電流，因此對電子器件和導(dǎo)線具有高風(fēng)險。在這種情況下，使用功率 MOSFET 來限制浪涌電流。圖 2 所示為 DRV8106-Q1 高電流智能保險絲設(shè)計，圖 3 所示為 MOSFET 在上電時的有限時間內(nèi)，在飽和區(qū)內(nèi)運行時產(chǎn)生的浪涌電流。此圖顯示浪涌電流限制在約 5A。當(dāng)然，上電后正常電流通常低于所選的限制電流。

基于限流的導(dǎo)線保護(hù)通常成本較低且比較簡單，可有效地用于限制浪涌、過流和短路期間的電流。圖 1 所示的 TI 高側(cè)開關(guān)具有可調(diào)節(jié)限流功能；可使用 ILIM 引腳上的電阻器輕松配置電流限值。

結(jié)論

智能保險絲設(shè)計已經(jīng)取代了熔斷型保險絲。TI 品類豐富的高側(cè)開關(guān)和柵極控制器產(chǎn)品系列可用于實施更簡單的限流導(dǎo)線保護(hù)方案或更復(fù)雜的 I2T 保護(hù)方案。