【導讀】早在十多年前

，電動汽車就已經引入400V電池係統，現在我們看到行業正在向800V係統遷移，主要是為了支持直流快速充電。隨著電壓的提高和從400V係統中學到的經驗教訓，設計人員現在正專注於增強高壓保護電路的性能並提高可靠性。

早在十多年前
，電動汽車就已經引入400V電池係統
，現在我們看到行業正在向800V係統遷移
，主要是為了支持直流快速充電。隨著電壓的提高和從400V係統中學到的經驗教訓，設計人員現在正專注於增強高壓保護電路的性能並提高可靠性。他們正在重新評估使用熔絲、接觸器或繼電器的現有解決方案
，以尋找響應速度更快、穩健性更強且可靠性更高的解決方案，如熱熔絲和電子熔絲（即E-Fuse）。一種領先的解決方案是基於碳化矽（SiC）技術的電子熔絲。SiC提供高工作電壓
、高工作溫度、低導通電阻
、低關斷狀態漏電流以及對過電壓瞬變的耐久性。電子熔絲的固態設計消除了與電弧
、機械磨損、觸點抖動和定位焊相關的可靠性問題。其不再需要用於驅動接觸器線圈的節能器硬件。電子熔絲通過其可配置性
、受控的導通和關斷、車載診斷和對高電壓瞬變的耐久性提高了係統級性能。

采用可複位設計
，無需維修

電子熔絲采用全SiCsheji
，duiduanludexiangyingsuduwuyulunbi
，birerongsidexiangyingsudukuaishubaibei。youyuzhezhongtexing
，dianzirongsichengweilejiyurerongsidebaohujiejuefanganduideziranbuchong。jinguanrerongsitigonglewenjianqiekekaodedianlubaohu
，dantabukefuwei。tashiyicixingshiyongdeshebei，jiuxianganquanqinanglidehuoyao。

嚴重情況下，熱熔絲用作切斷係統電源的安全措施。一旦引爆，就需要更換。在高壓係統中更換組件並不像在12V係統中那麼簡單。400V或800V的係統電壓遠高於汽車行業通常認為安全的60V限(xian)製(zhi)，隻(zhi)有(you)合(he)格(ge)的(de)維(wei)修(xiu)技(ji)術(shu)員(yuan)才(cai)能(neng)安(an)全(quan)地(di)進(jin)行(xing)維(wei)修(xiu)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)，由(you)於(yu)具(ju)有(you)可(ke)配(pei)置(zhi)的(de)跳(tiao)閘(zha)特(te)性(xing)，作(zuo)為(wei)係(xi)統(tong)級(ji)配(pei)套(tao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)電(dian)子(zi)熔(rong)絲(si)對(dui)過(guo)電(dian)流(liu)的(de)敏(min)感(gan)度(du)要(yao)高(gao)於(yu)熱(re)熔(rong)絲(si)，從(cong)而(er)可(ke)確(que)保(bao)其(qi)先(xian)跳(tiao)閘(zha)，以(yi)避(bi)免(mian)觸(chu)發(fa)熱(re)熔(rong)絲(si)。與(yu)當(dang)今(jin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)相(xiang)比(bi)，電(dian)子(zi)熔(rong)絲(si)的(de)一(yi)大(da)優(you)點(dian)是(shi)其(qi)可(ke)複(fu)位(wei)性(xing)
，這(zhe)可(ke)幫(bang)助(zhu)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)車(che)主(zhu)節(jie)省(sheng)與(yu)車(che)輛(liang)維(wei)修(xiu)相(xiang)關(guan)的(de)時(shi)間(jian)、費用和麻煩。

穩健的直流電路保護

gaoyazhiliuxitongzhongdedianlubaohudailailedutedetiaozhan。yujiaoliuxitongbutong，zaijiaoliuxitongzhong
，guolingyouzhuyuximiedianhu，erzhiliuxitongzemeiyouzheyangdeguoling。weileyingduizheyiwenti，gaoyadiandongqichejidianqihejiechuqibaohanleewaidefuzagongneng
，yianquandiximiedianhu。raner
，dianhurengranhuiqinshichudian，daozhirugaojiechudianzuhuodingweihandengkekaoxingwenti。

另ling一yi方fang麵mian，電dian子zi熔rong絲si能neng安an全quan地di斷duan開kai直zhi流liu電dian路lu

，而er不bu會hui產chan生sheng電dian弧hu。在zai基ji於yu繼ji電dian器qi的de解jie決jue方fang案an中zhong造zao成cheng電dian弧hu的de感gan應ying能neng量liang類lei型xing也ye存cun在zai於yu電dian子zi熔rong絲si的de保bao護hu電dian路lu中zhong
，因yin此ci
，電dian子zi熔rong絲si解jie決jue方fang案an在zai中zhong斷duan電dian流liu時shi需xu要yao吸xi收shou這zhe種zhong能neng量liang。

主zhu要yao區qu別bie在zai於yu
，電dian子zi熔rong絲si的de響xiang應ying速su度du快kuai
，可ke將jiang峰feng值zhi電dian流liu降jiang低di到dao比bi傳chuan統tong解jie決jue方fang案an低di幾ji個ge數shu量liang級ji。由you於yu感gan應ying能neng量liang與yu電dian流liu的de平ping方fang成cheng正zheng比bi，因yin此ci峰feng值zhi短duan路lu電dian流liu的de減jian少shao也ye會hui導dao致zhi允yun通tong能neng量liang的de顯xian著zhu減jian少shao。這zhe也ye會hui減jian輕qing線xian路lu壓ya力li並bing減jian少shao潛qian在zai的de下xia遊you故gu障zhang負fu載zai。

具有可配置跳閘特性的電子熔絲演示器

圖1給出的Microchip輔助電子熔絲技術演示器可供開發汽車高壓電子熔絲或固態繼電器的設計人員使用。六種硬件型號分別提供400V和800V選項以及10A

、20A和30A電流額定值，支持評估RDS(on)的定製為15 mΩ到40 mΩ的單個或並聯SiC MOSFET。

圖1——Microchip的輔助電子熔絲技術演示器

電子熔絲的控製和保護電路由12V係統供電。演示器配有LIN通信接口
，支持直接連接到12V電池
，同時可通過LIN活動從睡眠模式喚醒，或者從控製模塊的開關電池輸出喚醒。

如圖2的時間-電流特性（TCC）曲線所示，電子熔絲包括三種過電流檢測方法，涵蓋從略微過電流到極高短路電流。TCC曲線定義了電子熔絲類似熔絲的行為，對低過電流的響應速度慢，對高過電流的響應速度快。

它可以輕鬆調整以保護線路和負載。這三種檢測方法可以通過軟件或LIN接口輕鬆配置。最左邊的藍色檢測方法使用結溫估計算法來描述跳閘行為。此算法使用電流測量值
、環境溫度測量值
、SiC MOSFET的RDS(on)和熱設計特性來估計SiC MOSFET的結溫。

響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)隨(sui)過(guo)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)而(er)變(bian)化(hua)。中(zhong)間(jian)線(xian)段(duan)代(dai)表(biao)了(le)使(shi)用(yong)單(dan)一(yi)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)的(de)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)
，其(qi)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)固(gu)定(ding)。最(zui)右(you)邊(bian)的(de)線(xian)段(duan)代(dai)表(biao)了(le)一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)硬(ying)件(jian)，但(dan)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)配(pei)置(zhi)的(de)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)利(li)用(yong)了(le)PIC® MCU獨立於內核的外設（CIP）
，具體包括比較器
、固定參考電壓、數模轉換器和配置為

SR鎖存器的可配置邏輯單元。這可確保信號傳播時間短至幾百納秒以內
，從而可以立即檢測到短路並保護高壓係統。

圖2——400V、20A電子熔絲型號的時間-電流特性曲線

除chu了le類lei似si熔rong絲si的de行xing為wei外wai，電dian子zi熔rong絲si還hai可ke以yi承cheng擔dan機ji電dian繼ji電dian器qi的de功gong能neng。如ru同tong繼ji電dian器qi線xian圈quan及ji其qi高gao壓ya觸chu點dian彼bi此ci電dian氣qi隔ge離li一yi樣yang，高gao壓ya電dian子zi熔rong絲si的de控kong製zhi信xin號hao與yu高gao壓ya端duan子zi之zhi間jian也ye有you隔ge離li屏ping障zhang。電dian子zi熔rong絲si擁yong有you類lei似si於yu繼ji電dian器qi的de靈ling活huo性xing，可ke以yi連lian接jie到dao係xi統tong中zhong，作zuo為wei為wei負fu載zai饋kui送song高gao壓ya電dian池chi正zheng極ji的de高gao側ce輸shu出chu
，或huo者zhe作zuo為wei為wei負fu載zai到dao高gao壓ya電dian池chi負fu極ji提ti供gong返fan回hui路lu徑jing的de低di側ce輸shu出chu，如ru圖tu3所示。

圖3——電子熔絲係統級配置

高壓短路性能

為了真正展示電子熔絲與傳統汽車高壓熔絲之間響應時間的差異，在450V和大約3 µH線路電感的相似測試條件下，我們讓每種熔絲承受短路的影響。圖4中給出了產生的波形。黑色波形是測試中流過高壓熔絲的電流。在30 µs內，電流達到測量設備的極限3800A，並在50 µs後熔斷高壓熔絲。根據測試參數，峰值電流估計已超過6000A。然而，如藍色波形所示，使用電子熔絲時，跳閘前的電流隻有128A。這表示允通電流顯著減少，最大程度減少了對接線和下遊負載的壓力。

它為係統設計人員提供了優化接線以減輕重量和降低成本的選項。在某些情況下，電子熔絲的低允通電流將是拖車狀態（導致高電流應力的故障引起硬件永久損壞）和可恢複故障（允許係統自動複位
，駕駛員可繼續操作車輛）之間的區別。

圖4——電子熔絲與高壓熔絲的電流波形

除chu了le電dian動dong汽qi車che本ben身shen
，如ru直zhi流liu快kuai速su充chong電dian站zhan或huo為wei充chong電dian站zhan供gong電dian的de微wei電dian網wang等deng支zhi持chi基ji礎chu設she施shi也ye將jiang從cong電dian子zi熔rong絲si中zhong受shou益yi。電dian子zi熔rong絲si提ti供gong的de優you勢shi不bu局ju限xian於yu汽qi車che應ying用yong。

使(shi)用(yong)熔(rong)絲(si)和(he)接(jie)觸(chu)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)可(ke)受(shou)益(yi)於(yu)探(tan)討(tao)的(de)一(yi)些(xie)主(zhu)題(ti)以(yi)及(ji)其(qi)他(ta)優(you)勢(shi)，包(bao)括(kuo)車(che)載(zai)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)，這(zhe)種(zhong)檢(jian)測(ce)可(ke)實(shi)現(xian)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)係(xi)統(tong)級(ji)集(ji)成(cheng)和(he)優(you)化(hua)。非(fei)車(che)載(zai)應(ying)用(yong)利(li)用(yong)公(gong)共(gong)源(yuan)和(he)反(fan)串(chuan)聯(lian)SiC MOSFET配置，需要的電流能力可能比演示器提供的更高。幸運的是
，設計擴展十分簡單，可以針對公共源配置中提供的SiC電源模塊進行調整。

隨著我們對性能、安全性和可靠性的關注度不斷提高，電子熔絲作為電路保護解決方案將不斷發展，成為優先采用的方法，如同我們看到12V係統從熔絲和繼電器轉向保護型固態驅動器，最近又轉向低壓電子熔絲一樣。

（來源：Microchip Technology Inc，作者：碳化矽事業部技術應用工程師
，Ehab Tarmoom）

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