如何添加 eFuse 保護(hù)我們的電器設(shè)備

設(shè)備的可靠性是非常重要的指標(biāo)，這個會給消費(fèi)者直觀的感受。然而不幸的是，不同的制造商有不同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致某些品牌比其他品牌更容易失敗，直接影響他們的聲譽(yù)。

想象一下，你買了一臺4K超高清電視，回到家，煞費(fèi)苦心地按照說明安裝和插入，試圖打開它，但沒有任何反應(yīng)。幸運(yùn)的是，一切都沒有丟失，因?yàn)?span>我們的電視在制造商的保修范圍內(nèi)。但首先，你必須收拾你全新的破電視，然后把它拖回大賣場。我敢打賭，在頭疼之后，你不會再買那個牌子的電視了。

這個過程對制造商來說也不愉快。他們不僅會從每個心懷不滿的客戶那里失去未來的業(yè)務(wù)，而且他們還必須花費(fèi)時間和金錢來修理通過退貨授權(quán) (RMA) 流程退回的每臺電視。對導(dǎo)致電視故障的組件進(jìn)行故障排除、更換有故障的組件并記錄故障的根本原因需要花費(fèi)大量時間。每個出現(xiàn)故障的組件在重新焊接到電路板上時都會產(chǎn)生更換成本和人工成本。該成本與庫存替換零件和管理進(jìn)出商店和消費(fèi)者的 RMA 電視庫存的后勤開銷相結(jié)合。

圖 1：調(diào)試電子電路以找出故障的根本原因可能需要大量時間（并增加人工成本）

電子系統(tǒng)中最常見的故障組件之一是輸入保險絲，它在電視中通常是機(jī)械保險絲（或“熔化保險絲”）。之所以被選中，是因?yàn)樗鼈兊那捌诔杀镜?，制造商通常依靠機(jī)械保險絲來進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，而不是其他更昂貴的選擇。不幸的是，機(jī)械保險絲每次熔化時都需要物理更換，因?yàn)樗鼈儠诎l(fā)生故障時損壞且無法運(yùn)行（如圖 2 所示）。此外，每個保險絲都必須仔細(xì)儲存和跟蹤，因?yàn)樗鼈兠總€都提供額定電流和跳閘點(diǎn)。

圖 2：熔斷的保險絲不僅會產(chǎn)生自己的更換成本，而且可能會在過載事件期間損壞其他也需要更換的組件

機(jī)械保險絲的工作特性與電子保險絲（也稱為 eFuse）的工作特性形成鮮明對比。我們可以描述半導(dǎo)體器件，例如 TI 的TPS25921A，如圖 3 所示，作為“自我修復(fù)”——因?yàn)楫?dāng)它“爆炸”時，它會自動重新打開，并嘗試重新啟動電路。

TPS25921 是一款具有全套保護(hù)功能的緊湊型多功能熔絲。 它具有較寬的工作電壓，可實(shí)現(xiàn)對多種常用直流 (DC) 總線的控制。 室溫下限流精度達(dá) ±2%，這種優(yōu)異的精度使得 TPS25921 成為多種系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)用的理想選擇。

而且它還具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)等多種可編程功能，能夠?qū)ω?fù)載、電源和器件提供保護(hù)。欠壓和過壓條件下的閾值精度為 3%，無需監(jiān)控電路即可確保對總線電壓進(jìn)行嚴(yán)密控制。 此外，還針對系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和下游負(fù)載控制提供了故障標(biāo)志輸出 (FLT)。

對于熱插拔電路板，TPS25921 提供了浪涌電流控制和可編程的輸出斜坡速率。 為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性的最大化，可使用軟啟動 (SS) 引腳處的電容器編程設(shè)定輸出斜坡速率。

eFuse 將檢測過載事件，并通過限制電流、鉗位輸出電壓以及在必要時斷開 eFuse 輸出的電源來保護(hù)下游電路。

每個 eFuse 都有一個可調(diào)節(jié)的電流限制設(shè)置，并帶有一個外部電阻器，這減少了制造商需要庫存的唯一部件號（與機(jī)械保險絲相比）的數(shù)量，從而簡化了庫存管理。一些eFuses甚至可以防止反向電流通過增加一個外部阻擋場效應(yīng)晶體管（FET）（TPS25924）或通過整合背到背的FET（TPS25940）。簡而言之，eFuse 的工作是確保下游電路受到完全保護(hù)，免受任何過流或過壓瞬態(tài)事件的影響。

圖 3：為了保護(hù)電路，我們可以繼續(xù)更換熔斷的保險絲或選擇使用單個電子保險絲升級我們的電路設(shè)計(jì)

與機(jī)械保險絲相比，eFuses 可以更有效地防止對下游組件的損壞。在機(jī)械保險絲加熱和“熔化”所需的時間內(nèi)，電子保險絲已經(jīng)保護(hù)了電路。這個時間差意味著使用 eFuse 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不會因暫時的過流或過壓事件而損壞，并且在故障消退后將自行重置為正常運(yùn)行。

設(shè)計(jì)有（熔斷）機(jī)械保險絲的同一系統(tǒng)需要返回制造商進(jìn)行更換。

在我之前的電視示例中，使用電子保險絲代替機(jī)械保險絲將降低產(chǎn)品故障的風(fēng)險。如果我們購買的電視采用 eFuse 設(shè)計(jì)，則故障風(fēng)險會更低。