Vishay 48 V可恢复式eFuse 确保安全连接
- 李佳玲／台北
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因应车载电气系统向转向使用48V电压，车内保险丝和断路器的设计要求也有所变化。48V系统电压较高，机械式继电器的使用范围受限。高电压意味着继电器断开瞬间会产生电弧。直接影响继电器的使用寿命。此外，产生的电弧会对车载电气系统造成干扰。因此，现行车中机械式继电器逐渐的被电子式取代，更明确的说，是一种基于功率半导体的自恢复电子式保险丝。电子保险丝或E-Fuse是一种创新解决方案，用于防止系统过载进而保护电动汽车电池。电子保险丝可以成功替换存在技术缺陷的机械式继电器。
Vishay推出一种用于48V电气系统的电子保险丝参考设计方案，不仅证明这种应用的技术可行性，还证明公司自有功率半导体的性能。通过采用新一代技术和研发成果，一个小型化的200A的电子保险丝方案得以在125mm x 60mm FR4 PCB上实现（图1）。由于采用背对背连接的MOSFET，使得该设计方案可用作双向保险丝。该方案采用Power Metal Strip系列作为检流电阻测量最大的电流值。
在车载应用中这种低阻值电阻特别适合用于精确电流测量。可通过电位器或者控制器在1-200A范围内手动调整关断电流。当电流超过被允许的最大值时，MOSFET会在1 μs内断开电路连接。这种快速回应对于防止汽车电池超载非常重要。该方案的目的是展示采用了分立半导体元件的模块化结构设计。由于采用多个MOSFET并联的模块化设计，因此熔丝也适用于其他功率等级或要求。Vishay丰富的电阻产品亦可满足相应功率的要求。
通过采用多个功率MOSFET并联连接，这种设计既提高最大电流至200A，又降低了功耗（图2），并且还可以轻松满足不断变化的要求。该参考设计采用新一代Vishay半导体。得益于采用低导通电阻（Rds_on）的MOSFET和并联的连接方式，在200A电流条件下功耗仅为14W。200A最大电流连续工作状态下，MOSFET和电路板温度约为75°C。因此，即使在严苛的车载使用环境下，该电子保险丝设计亦不需要额外冷却，只有使用电气和抗热性能出色的元件才能实现这样的结果。事实证明，PowerPAK 8x8L是正确的选择。由于优化了散热设计，MOSFET具有非常好的散热效果。
此外，由于采用鸥翼引脚设计MOSFET的焊接点具有很好的抗热膨胀性，使得其外壳适于各种要求严格的应用。该MOSFET也提供背面冷却型号可以满足优化设计或者更高电流的需求。这样，散热器可以直接装在漏极触点的焊点上。半导体与冷却系统直连可以降低硅片与冷却系统之间的热阻，增加MOSFET载流量，实现更优异的设计性能。贴片式 NTC温度传感器测量功率MOSFET的温度，监测半导体器件的应力。
Power Metal Strip系列检流电阻主要适用于精确测量电流。有别于其他在其测量范围或温度范围有局限的测量方法，检流电阻在整个工作区域内非常稳定，不受环境（如温度或电压变化）干扰的影响。Vishay的 Power Metal Strip系列检流电阻有各种功率和阻值选项，便于满足不同的性能设计要求。
在放大器电路中采用薄膜排阻精确测量电流。这些元件拥有分立薄膜电阻的优点特性，以及仅用一个元件的事实。排阻的两个电阻在生产过程中是精确匹配的。这样，在可能发生干扰的情况下，元件的行为几乎相同，因此电阻比不变，从而显着提高测量精度。
现已证明，电子保险丝取代机械式继电器是可行的，甚至更有利。该解决方案可减少车载电气系统和车内其他设备的干扰。此外，半导体不受开关循环次数的限制，因此可以用作永久保险丝或断路器。由于电子保险丝采用模块化结构，该设计可以很容易地调整和细化，以适应不断变化的需求。(本文由Vishay 汽车业务发展部高级现场应用工程师Stefan Volkmann提供、DIGITIMES李佳玲整理报导)
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