電子保險(xiǎn)絲：為更高電流應(yīng)用預(yù)熱

作為一個(gè)謹(jǐn)慎的以模擬為中心的工程師，我一直很喜歡傳統(tǒng)的基于熱的保險(xiǎn)絲，并且由于它們的有源元件而對(duì)電子保險(xiǎn)絲(也寫(xiě)為 e-fuses 或 eFuses)有些懷疑。畢竟，在可靠性方面，簡(jiǎn)單幾乎總是更好，而且沒(méi)有什么比熱熔斷器在功能上更簡(jiǎn)單的了。我并不是要從技術(shù)上貶低它們，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上融合了先進(jìn)的材料科學(xué)和技術(shù);它們的功能很簡(jiǎn)單。

面對(duì)現(xiàn)實(shí)：標(biāo)準(zhǔn)熔斷器只做一件事，做得很好，并且在給定的一組規(guī)范內(nèi)以完全定義和不可變的方式完成它。你不能把它們弄亂，因?yàn)樗鼈儧](méi)有給你任何鉤子或把手來(lái)抓住它們。如果您指定適當(dāng)?shù)谋ｋU(xiǎn)絲參數(shù)——額定電流、時(shí)滯、材料、物理尺寸——你真的不會(huì)出錯(cuò)。我知道，每個(gè)人都有自己的故事，當(dāng)一個(gè)保險(xiǎn)絲沒(méi)有做它應(yīng)該做的事情時(shí)，但那些仍然是罕見(jiàn)的異常值;英語(yǔ)的一個(gè)有趣的怪癖：雖然“熔斷器”在過(guò)電流時(shí)打開(kāi)，但“熔斷器”的意思是連接兩種材料。

然而，熱熔斷器有幾個(gè)缺點(diǎn)，首先是反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)與閾值相比的過(guò)電流值，反應(yīng)和斷開(kāi)電路可能需要幾十毫秒到幾十秒的時(shí)間。在當(dāng)今的低壓設(shè)計(jì)中，過(guò)電流通常是一個(gè)適中的值，因此保險(xiǎn)絲反應(yīng)時(shí)間可能太慢而無(wú)法保護(hù)敏感電路。此外，標(biāo)準(zhǔn)保險(xiǎn)絲打開(kāi)后必須進(jìn)行物理更換，這在許多(但不是全部)應(yīng)用中是一個(gè)缺點(diǎn)。

從概念上講，電子保險(xiǎn)絲是一種簡(jiǎn)單的電路，它提供了一種具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的限流和切斷替代方法，因?yàn)樗梢詼y(cè)量電流，但不依賴于熱加熱和串聯(lián)元件的后續(xù)開(kāi)路。它由幾個(gè)模擬組件構(gòu)成：一個(gè)精密電流檢測(cè)電阻器，一個(gè)帶有精確縮放電阻器的放大器，用于捕獲和“增益”電阻器兩端的電壓，一個(gè)在預(yù)設(shè)值“切換”的比較器電路，以及一個(gè) MOSFET允許/斷開(kāi)被監(jiān)控線路中的電流路徑。

電路功能相當(dāng)簡(jiǎn)單。通常，選擇電阻值時(shí)，其上的電壓降在最大電流下將介于 50 至 100 mV 之間。電子保險(xiǎn)絲連接在電源軌(或電源)和要保護(hù)的負(fù)載之間。待監(jiān)控的電流通過(guò)電阻器，該電阻器上的合成電壓由電流檢測(cè)放大器 (CSA) 檢測(cè)和調(diào)整。

雖然可以從單個(gè)組件構(gòu)建電子熔斷器，但大多數(shù)用戶會(huì)選擇完整的基于 IC 的電子熔斷器，其中包含包括 FET 在內(nèi)的所需電路;有些甚至有一個(gè)內(nèi)部檢測(cè)電阻。其他基于 IC 的電子熔斷器還包括附加功能和特性，例如用戶可編程的欠壓鎖定、過(guò)壓鉗位和自動(dòng)重試，以及可以通過(guò)外部組件設(shè)置的啟動(dòng)時(shí)間。最后一個(gè)功能有助于在啟動(dòng)和熱插拔操作期間控制浪涌電流，因此它們?cè)谠搼?yīng)用中得到廣泛使用。

我對(duì)電子保險(xiǎn)絲的最初感覺(jué)是它們?cè)谳^低電流/電壓電路中發(fā)揮作用，這是它們所能達(dá)到的程度。我不確定它們是否適合需要美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 (UL) 和國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 認(rèn)證的更高范圍的應(yīng)用，其中熱熔斷器是一種完全接受的保護(hù)手段。

簡(jiǎn)要說(shuō)明解釋了電子保險(xiǎn)絲在這些規(guī)定方面的來(lái)龍去脈，同時(shí)也提醒了我很容易忽視的一點(diǎn)：保險(xiǎn)絲可以防止過(guò)流情況以及它們對(duì)系統(tǒng)和人員構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)。它們不是用于高壓保護(hù)的，盡管我們可能會(huì)不自覺(jué)地將“危險(xiǎn)”與 120/240V 的交流線電壓聯(lián)系起來(lái)，并且交流線可以提供大量電流。TI 說(shuō)明列出了經(jīng)批準(zhǔn)的電子保險(xiǎn)絲，在 6 A 時(shí)電壓高達(dá) 4.5 至 60V——顯然不是線路電壓，但仍然有大量的電流和兩位數(shù)的電壓。對(duì)高壓事件的保護(hù)不是熔斷器的任務(wù);相反，這是 MOV、火花隙和其他組件的作用。

現(xiàn)實(shí)情況是，與熱熔斷器相比，電子熔斷器具有明顯的差異，這些差異通常是有益的：精確的電流限制、更快的反應(yīng)時(shí)間以及在故障清除時(shí)自我修復(fù)和恢復(fù)連接的能力(取決于選擇的電子保險(xiǎn)絲型號(hào))。在許多設(shè)計(jì)情況下，認(rèn)真考慮使用電子保險(xiǎn)絲代替經(jīng)典熱器件是有意義的。

盡管如此，電子保險(xiǎn)絲不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單、極其可靠、功能有限的熱保險(xiǎn)絲。它是一個(gè)有源設(shè)備，雖然很簡(jiǎn)單。也許有些設(shè)計(jì)需要一個(gè)電子保險(xiǎn)絲和一個(gè)熱保險(xiǎn)絲來(lái)獲得最大的信心，作為一種“腰帶和吊帶”的方法。

但這是否表明設(shè)計(jì)人員謹(jǐn)慎謹(jǐn)慎，或者設(shè)計(jì)對(duì)故障分析和后續(xù)保護(hù)方案缺乏信心?您對(duì)在大電流應(yīng)用中使用電子熔斷器有何看法?