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(gè)會(huì)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(tái)4K超高清電視，回到家，煞費(fèi)苦心地按照說(shuō)明安裝和插入，試圖打開它，但沒(méi)有任何反應(yīng)。幸運(yùn)的是，一切都沒(méi)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(chǎng)。我敢打賭，在頭疼之后，你不會(huì)再買那個(gè)牌子的電視了。

這個(gè)過(guò)程對(duì)制造商來(lái)說(shuō)也不愉快。他們不僅會(huì)從每個(gè)心懷不滿的客戶那里失去未來(lái)的業(yè)務(wù)，而且他們還必須花費(fèi)時(shí)間和金錢來(lái)修理通過(guò)退貨授權(quán) (RMA) 流程退回的每臺(tái)電視。對(duì)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(shí)間。每個(gè)出現(xiàn)故障的組件在重新焊接到電路板上時(shí)都會(huì)產(chǎn)生更換成本和人工成本。該成本與庫(kù)存替換零件和管理進(jìn)出商店和消費(fèi)者的 RMA 電視庫(kù)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(shí)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(xiǎn)絲，它在電視中通常是機(jī)械保險(xiǎn)絲（或“熔化保險(xiǎn)絲”）。之所以被選中，是因?yàn)樗鼈兊那捌诔杀镜停圃焐掏ǔＲ揽繖C(jī)械保險(xiǎn)絲來(lái)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(xiǎn)絲每次熔化時(shí)都需要物理更換，因?yàn)樗鼈儠?huì)在發(fā)生故障時(shí)損壞且無(wú)法運(yùn)行（如圖 2 所示）。此外，每個(gè)保險(xiǎn)絲都必須仔細(xì)儲(chǔ)存和跟蹤，因?yàn)樗鼈兠總€(gè)都提供額定電流和跳閘點(diǎn)。

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

機(jī)械保險(xiǎn)絲的工作特性與電子保險(xiǎn)絲（也稱為 eFuse）的工作特性形成鮮明對(duì)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(shí)，它會(huì)自動(dòng)重新打開，并嘗試重新啟動(dòng)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(duì)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(guò)流保護(hù)、過(guò)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(guò)壓條件下的閾值精度為 3%，無(wú)需監(jiān)控電路即可確保對(duì)總線電壓進(jìn)行嚴(yán)密控制。 此外，還針對(duì)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(duì)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(dòng) (SS) 引腳處的電容器編程設(shè)定輸出斜坡速率。

eFuse 將檢測(cè)過(guò)載事件，并通過(guò)限制電流、鉗位輸出電壓以及在必要時(shí)斷開 eFuse 輸出的電源來(lái)保護(hù)下游電路。

每個(gè) eFuse 都有一個(gè)可調(diào)節(jié)的電流限制設(shè)置，并帶有一個(gè)外部電阻器，這減少了制造商需要庫(kù)存的唯一部件號(hào)（與機(jī)械保險(xiǎn)絲相比）的數(shù)量，從而簡(jiǎn)化了庫(kù)存管理。一些eFuses甚至可以防止反向電流通過(guò)增加一個(gè)外部阻擋場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）（TPS25924）或通過(guò)整合背到背的FET（TPS25940）。簡(jiǎn)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(guò)流或過(guò)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(xiǎn)絲或選擇使用單個(gè)電子保險(xiǎn)絲升級(jí)我們的電路設(shè)計(jì)

與機(jī)械保險(xiǎn)絲相比，eFuses 可以更有效地防止對(duì)下游組件的損壞。在機(jī)械保險(xiǎn)絲加熱和“熔化”所需的時(shí)間內(nèi)，電子保險(xiǎn)絲已經(jīng)保護(hù)了電路。這個(gè)時(shí)間差意味著使用 eFuse 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不會(huì)因暫時(shí)的過(guò)流或過(guò)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(xiǎn)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(xiǎn)絲代替機(jī)械保險(xiǎn)絲將降低產(chǎn)品故障的風(fēng)險(xiǎn)。如果我們購(gòu)買的電視采用 eFuse 設(shè)計(jì)，則故障風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更低。