中心議題：

• 熔斷器的基本原理
• 熔斷器在車身控製模塊中的安裝位置
• 不讓汽車自燃或提供更多保修故障的解決方案

解決方案：

• 仿真熔斷器I²-t特性的智能電路保護

在今天的車身控製模塊（BCM）shejizhong，youjianshidegongchengshijidoujinkenengbuzaishiyongjidianshijidianqi。tamendexiayigefazhanfangxiangshitingyongrongduanqi。danshi，tingyongrongduanqishiyigefeichangbiyaodejiejuefanganma？shiyigeyonggengjiafuzadejiejuefanganqudaiyigejiandanerqiegaoxiaodeyuanqijianma？  

今天的 BCM由大量的固態開關和熔斷器組成。某些 BCM有多達8-12個蓄電池饋路

，為60-80個負載提供電源，每個電池饋路都裝有熔斷器
，這就是說，BCM負載(車燈、門鎖等)是shi由you驅qu動dong器qi組zu驅qu動dong的de

，每mei個ge驅qu動dong器qi都dou有you一yi個ge熔rong斷duan器qi。為wei了le安an全quan起qi見jian，或huo隻zhi是shi因yin為wei負fu載zai電dian流liu太tai大da，無wu法fa均jun衡heng分fen配pei
，有you些xie負fu載zai需xu要yao單dan獨du配pei備bei熔rong斷duan器qi。據ju說shuo
，還hai有you些xie BCM隻有一個或兩個熔斷器。萬一輸出失效時，這些模塊依靠固態開關提供“熔斷”保護功能。  

熔斷器101

熔斷器從克魯馬努人時代開始流傳下來。與半導體元器件相比，熔斷器非常簡單，幾乎不需要什麼製造工藝
，而且成本低廉……正是因為簡單，熔斷器被設計成線束保險裝置
，以防短路時線束變成烤箱電纜。  

熔斷器的工作原則是一個簡單的I2Ryushijiandeguanxi。dianliuyueda
，rongduanhuokailushijianyueduan。rongduanqidegonghaoyutongguorongduanqidedianliudepingfangchengzhengbi。danggonghaoguogaoshi
，rongduanqirongduan。zhegetexingtongyangshiyongyushourongduanqibaohudexianshu。dangrongduanqide“熔斷”特性與所保護的線束相似，隻是處理電流能力略低時，熔斷器是一個理想的選擇。

圖1：I2-t 特性比較

安裝位置

關於熔斷器從BCM模塊凸出來的問題，有點像房地業的三條規則：位置、weizhi
，haishiweizhi。ruguomokuaiyoutuchulaiderongduanqi，mokuaijiubixufangzaichezhunenggoujianxiudeweizhi。xianshubuxianhemokuaifangxiang

，yijirongduanqibixufangzaimokuaideshenmedifang，shilingrentoutengdewenti。suoyouzhexiexianzhihebaohugongnengzengjialemokuaidechengbenhezhizaonanti。xiatusuoshidefuteBCM在CEM3上安裝一個靈活的電路板後，才能把熔斷器置於模塊的“邊緣”。

圖2：在福特BCM內部的熔斷器連接端口陣列

汽車製造商在給這些BCM模塊/熔斷器單元尋找位置方麵具有相當高的創新力。我曾在儀表板和發動機蓋下和踏腳板內（前車門鉸接區的右側）看見過BCM模塊
，甚至還在後座下麵看見過BCM模塊（我的車子就是這樣）。某些BCM裝有鉸鏈，可以從儀表板下麵拉出來
，檢修比較方便。有些BCM則裝在擋板後麵，隻有查看用戶手冊（如果有）才能找到。我不隻一次趴在駕駛座椅上，腳壓在的靠背上
，頭鑽到儀表板下，尋找那個失效的熔斷器。 

這還不算完，你還要解開哪一個熔斷器號對哪一個功能的啞謎……熔斷器麵板除提供幾行編號外，沒有任何標記。真地像猜謎比賽，除了分值之外，你不能告訴選手任何信息。如果再沒有用戶手冊，BCM就像一個食品櫃
，裏麵裝滿了撕去標簽的罐頭……你隻能分類排查，別無它法。你隻能不斷地猜測，直到找到失效的熔斷器號為止。 
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固態熔斷器可解決很多問題

熔斷器可能會因為沒有明顯原因而熔斷，熔斷器的容錯能力非常差
，哪怕是最輕微的短路都會熔斷（你曾經把硬幣掉到點煙器插座/電源插座嗎？）。當你最後發現硬幣並將其取出時，熔斷器不會複位。 

如果BCM模塊上沒有熔斷器，安裝位置就不是這樣問題了。把BCM模塊安裝在後座下麵，不必鑽到儀表板下檢修BCM模塊，這對我來說就不再是一個太大的問題。因為熔斷器有這麼多的麻煩，難怪汽車廠商關注無熔斷器或熔斷器較少的BCM解決方案。

不讓汽車自燃或提供更多保修故障的解決方案

因此，這種解決方案必須可靠，在應用係統內性能優異，幾乎沒有任何成本。

今jin天tian的de固gu態tai開kai關guan因yin為wei保bao護hu形xing式shi簡jian單dan
，有you一yi點dian以yi自zi我wo為wei中zhong心xin。這zhe就jiu是shi說shuo，它ta們men更geng加jia關guan注zhu自zi我wo保bao護hu，而er不bu是shi保bao護hu外wai圍wei元yuan器qi件jian。固gu態tai開kai關guan有you過guo熱re和he超chao負fu載zai保bao護hu電dian路lu，當dang因yin輸shu出chu短duan路lu而er限xian製zhi負fu載zai電dian流liu時shi，這zhe種zhong元yuan器qi件jian是shi最zui佳jia的de選xuan擇ze。因yin此ci
，用yong固gu態tai開kai關guan替ti代dai熔rong斷duan器qi有you時shi候hou並bing不bu是shi最zui佳jia的de選xuan擇ze。

像硬短路一樣的短路事件比較容易保護，例如
，受驅動器限製的負載電流。在這種情況下，功耗不是I2R的de結jie果guo，而er是shi驅qu動dong器qi上shang的de電dian壓ya降jiang與yu相xiang應ying的de限xian流liu的de結jie果guo。這zhe是shi一yi個ge高gao功gong耗hao事shi件jian，大da部bu分fen功gong耗hao發fa生sheng在zai智zhi能neng開kai關guan上shang而er不bu是shi線xian束shu上shang。因yin此ci，開kai關guan的de溫wen度du迅xun速su升sheng高gao，激ji活huo過guo熱re關guan斷duan功gong能neng，從cong而er保bao護hu相xiang關guan的de線xian束shu。

車身模塊中的大多數負載是燈泡。燈泡有一個很難處理的特性：湧(yong)流(liu)
，我(wo)們(men)了(le)解(jie)並(bing)喜(xi)歡(huan)這(zhe)個(ge)特(te)性(xing)。湧(yong)流(liu)要(yao)求(qiu)強(qiang)迫(po)固(gu)態(tai)開(kai)關(guan)的(de)限(xian)流(liu)值(zhi)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)開(kai)關(guan)操(cao)作(zuo)所(suo)需(xu)的(de)限(xian)流(liu)值(zhi)。我(wo)所(suo)說(shuo)的(de)一(yi)切(qie)都(dou)是(shi)為(wei)了(le)說(shuo)明(ming)：dangmeiyoufashengyanzhongdeyingduanlushijianshi，zhexiegaoyongliudeyuanqijianzhunxuyichanggaodewentaidianliuzaixianshuneiliudong，zhejiushigutaikaiguanbaohuziwoerbubaohusuozaixitongdeqingkuang。zheshi，dianliuqiangduhaibuzuyijihuokaiguanxianliugongneng
，danshizuyishaohuixianshuhuodianluban。

在圖3的示例中有一個點，智能開關 (VN5010)將繼續前行，而電線將開始自毀（紅線在藍色虛線上方）。如(ru)果(guo)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)是(shi)真(zhen)實(shi)的(de)，甚(shen)至(zhi)連(lian)電(dian)路(lu)板(ban)都(dou)可(ke)能(neng)會(hui)自(zi)毀(hui)。現(xian)在(zai)考(kao)慮(lv)到(dao)湧(yong)流(liu)要(yao)求(qiu)很(hen)可(ke)能(neng)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)，我(wo)們(men)開(kai)始(shi)意(yi)識(shi)到(dao)有(you)必(bi)要(yao)開(kai)發(fa)一(yi)個(ge)能(neng)夠(gou)仿(fang)真(zhen)熔(rong)斷(duan)器(qi)特(te)性(xing)的(de)保(bao)護(hu)算(suan)法(fa)。

在用一個“大熔斷器”保護多個上橋臂驅動負載的應用中，有些問題需要考慮。在這些應用中，“大熔斷器”的電流處理功能可能高於任何一條被保護的線束。因此

，當一條電線上出現“軟短路”時，如果上橋臂驅動器十分強健，能夠處理更高的短路電流和熔斷保護功能
，那麼線束或電路板可能會自毀。

圖4：當智能開關隻能自我保護時的後果

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該解決方案是實現一個能夠仿真熔斷器的I2-t特性的智能電路保護算法。這個概念可轉化為“曲線下麵積”。在下圖(圖 5)中，曲線下麵積(A區)是保護算法的I2-t界限內。B區qu所suo示shi是shi在zai一yi段duan時shi間jian內nei的de恒heng定ding超chao負fu載zai條tiao件jian，其qi中zhong，超chao負fu載zai電dian流liu小xiao於yu智zhi能neng開kai關guan的de限xian流liu值zhi。在zai這zhe個ge圖tu中zhong，當dang限xian流liu值zhi超chao過guo曲qu線xian時shi，智zhi能neng開kai關guan不bu會hui被bei閉bi鎖suo。當dangB區突破A區時，器件閉鎖。 這個原則適用於超負載在開關激活後存在很長時間的狀況。

圖5：超負載與功率限製區比較

可能存在一種特殊的瞬間過流狀況：瞬間過流超出曲線與A區交接的界限
，但是“曲線下麵積”不足以產生錯誤開關條件。在下圖中(圖6)，這個錯誤是很嚴重的，但是因為時長太短，不足以產生錯誤開關條件。

 圖6：瞬間錯誤不會產生錯誤關斷狀況

這(zhe)種(zhong)保(bao)護(hu)算(suan)法(fa)準(zhun)許(xu)出(chu)色(se)多(duo)個(ge)湧(yong)流(liu)，同(tong)時(shi)不(bu)會(hui)強(qiang)製(zhi)係(xi)統(tong)處(chu)理(li)比(bi)正(zheng)常(chang)高(gao)出(chu)很(hen)多(duo)的(de)穩(wen)態(tai)電(dian)流(liu)。因(yin)此(ci)，這(zhe)種(zhong)算(suan)法(fa)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)強(qiang)健(jian)的(de)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)，既(ji)可(ke)以(yi)保(bao)護(hu)開(kai)關(guan)本(ben)身(shen)，又(you)可(ke)以(yi)保(bao)護(hu)被(bei)開(kai)關(guan)驅(qu)動(dong)的(de)線(xian)束(shu)。再(zai)加(jia)上(shang)其(qi)它(ta)的(de)安(an)全(quan)機(ji)製(zhi)，如(ru)內(nei)置(zhi)的(de)看(kan)門(men)狗(gou)和(he)激(ji)活(huo)功(gong)能(neng)，這(zhe)個(ge)已(yi)經(jing)很(hen)安(an)全(quan)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)安(an)全(quan)。

利用一個升降序計數器，可以在芯片上實現這個算法
，控製該升降序計數器的是流經開關的電流的平方(圖 7)。

圖7： i-t 限製控製環路

計(ji)數(shu)器(qi)的(de)方(fang)向(xiang)由(you)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)確(que)定(ding)。當(dang)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)高(gao)於(yu)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)閾(yu)值(zhi)時(shi)，計(ji)數(shu)器(qi)升(sheng)序(xu)計(ji)數(shu)，速(su)率(lv)與(yu)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)和(he)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)的(de)差(cha)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)。當(dang)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)低(di)於(yu)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)閾(yu)值(zhi)時(shi)
，計(ji)數(shu)器(qi)以(yi)固(gu)定(ding)值(zhi)降(jiang)序(xu)計(ji)數(shu)。固(gu)定(ding)降(jiang)序(xu)計(ji)數(shu)值(zhi)的(de)設(she)定(ding)目(mu)的(de)是(shi)更(geng)好(hao)地(di)估(gu)算(suan)熔(rong)斷(duan)器(qi)的(de)散(san)熱(re)性(xing)。
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這個閾值湧流要比電線的電流處理能力略低（如圖3所示


，小於14A DC)。計(ji)數(shu)器(qi)一(yi)旦(dan)達(da)到(dao)某(mou)一(yi)個(ge)預(yu)設(she)值(zhi)後(hou)，輸(shu)出(chu)就(jiu)會(hui)被(bei)立(li)即(ji)關(guan)斷(duan)。因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)算(suan)法(fa)是(shi)利(li)用(yong)熔(rong)斷(duan)器(qi)型(xing)的(de)特(te)性(xing)保(bao)護(hu)電(dian)線(xian)
，所(suo)以(yi)直(zhi)到(dao)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)重(zhong)新(xin)初(chu)始(shi)化(hua)
，將(jiang)輸(shu)出(chu)重(zhong)新(xin)導(dao)通(tong)之(zhi)前(qian)
，驅(qu)動(dong)器(qi)始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)關(guan)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)。  

圖8：采用保護算法的外推i2-t曲線與電線和熔斷器比較

實現這種保護方法的智能開關係列產品的應用，可降低給定車身電子模塊的線束成本，限製熔斷器的數量，同時提高可靠性和安全性。

當一次短路輸出最終燒毀了她的BCM時
，車廂內充滿了刺鼻的燒焦味，如圖4電路板所示

，該車的車主買了一輛新車，有同樣遭遇的車主不是很少。彌補一輛價值3000美(mei)元(yuan)的(de)汽(qi)車(che)的(de)置(zhi)換(huan)損(sun)失(shi)需(xu)要(yao)很(hen)多(duo)個(ge)模(mo)塊(kuai)。模(mo)塊(kuai)的(de)單(dan)價(jia)比(bi)較(jiao)昂(ang)貴(gui)，底(di)價(jia)不(bu)易(yi)被(bei)接(jie)受(shou)。從(cong)長(chang)遠(yuan)看(kan)，多(duo)花(hua)一(yi)點(dian)錢(qian)增(zeng)加(jia)這(zhe)種(zhong)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)是(shi)物(wu)有(you)所(suo)值(zhi)的(de)。