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基本的熱激活易熔連接——更確切地說是保險絲，從電和電力的最早時代起就一直伴隨著人們。保險絲只有一種作用，而且效果很好：當電流過大并導致其元件熔化時，保險絲會在幾毫秒到幾秒鐘的時間內（具體取決于型號）從一個接近完美的電流導體變成接近理想的開路。 只要選擇了保險絲，安裝、使用就變成一項簡單的工作，因為我們無需為保險絲選擇連接方式，無需進行初始化或配置。保險絲只是一個提供關鍵電路保護的雙端設備，可使設計更容易地滿足許多監管和安全要求。 保險絲有無數種物理配置和額定電流，但其中有一些是比較常見的。比較常見保險絲樣式有 3AG 玻璃保險絲（直徑為 1/4 英寸，長 1¼ 英寸），通常用于較小的商業、工業保險絲以及一些線路操作的消費類保險絲；此外，還有廣泛應用于汽車領域的刀片式保險絲（圖 1）。 
圖 1：3AG 款式保險絲是最早的大眾化保險絲樣式之一，目前仍在使用（左）；而汽車行業最終采用了更薄的刀片式保險絲本體（右）。（圖片來源：Littelfuse, Inc.） 具有諷刺意味的是，3AG 竟然是“3 號汽車玻璃”的簡稱，最初是在 1930 年代為汽車設計的。然而，隨著汽車中保險絲使用量的增加，汽車行業不再使用 3AG，而是開發出了刀片式保險絲。 盡管保險絲有許多有益的特性，也獲得了巨大成功，每年使用量有數百萬（或數十億？）之多就是見證，但時代和設計需求都在不斷的變化。近年來，電子保險絲（通常寫成 eFuse 或 e-Fuse）已成為一種廣泛使用的替代品，或者說是對熱保險絲產品的補充。有些設計同時采用了電子保險絲和熱保險絲，前者用于局部電路保護，后者用于系統級保護。 基本電子保險絲的主要特點之一是其只有幾毫秒或更短的快速響應時間，但其屬性并不限于此。雖然許多電子保險絲最初是針對熱插拔應用等子電路的保護，但一些 eFuse 很快就通過了相應的 UL 和 IEC 標準的認證，使其獲準用于與安全有關的保護。 電子保險絲已遠超其基本的電流切斷功能 由于電子保險絲是基于硅的固態器件，因此通過增加額外的特性和功能，很快就與其他基本 IC 的發展沒有區別了。這些功能包括可由用戶設定的電流閾值、閉鎖輸出、可選的自動重啟、電源良好信號、電流水平監測、反向電流阻斷和熱關斷。 例如，Texas Instruments 的 TPS25210ARPWR 是一款 2.7 V 至 5.7 V、4 A、31 mΩ 的電子保險絲，其響應時間為 500 ns（典型值）（圖 2）。用戶可以通過外部電流檢測電阻器在 0.5 A 至 4.44 A 之間設定限流值。 
TPS25210ARPWR 是一款適用于中等電流水平的基本電子保險絲；除了在超過其閾值時切斷電流的進基本功能外，還具有一些有用的功能。（圖片來源：Texas Instruments） 除了基本熔斷外功能外，這種電子保險絲還能防止過載、短路、電壓浪涌、反極性和過大的浪涌電流。對于有特定浪涌電流要求的應用，設計人員可以通過外部電容器來設置其輸出壓擺率。通過箝制輸出電壓，使其穩定在一個安全的、可通過引腳選擇的最高電壓，以保護負載免受輸入過壓的影響。 諸如此類的電子保險絲具有許多功能，使原本“笨重”的保險絲功能變得更智能、更靈活，并向受保護系統提供更多的信息和幫助。這與具有恒定額定電流的傳統熱保險絲形成了鮮明的對比。 不是你的基本電子保險絲 易熔連接的有限功能和缺乏 I/O 連接，與當今的智能、網絡化車輛的需求相悖。相比之下，電子保險絲的許多功能使其對汽車應用特別有吸引力。為此，業界已經開發出符合嚴格的汽車標準的電子保險絲，并增加了許多所需的額外功能。 例如 VNF1048F 器件，這是一款由 STMicroelectronics 最近推出的、通過 AEC-Q100 認證的、用于汽車配電應用的高壓側開關控制器。該器件將更強的系統保護功和診斷功能與 STMicroelectronics 的“I2-t”硅保險絲技術整合在一起（圖 3）。
圖 3：獲得 AEC-Q100 認證的 VNF1048F 是一款電子保險絲，但這款產品包括一個高壓側開關控制器以及許多其他功能和連接選項。（圖片來源：STMicroelectronics） VNF1048F 與 12 V、24 V 和 48 V 汽車電源子系統兼容。憑借其靈活性，這款產品非常適合最新的汽車“分區”電子/電氣架構，這種架構可提高效率、可靠性，同時還支持增加電氣化以及額外的智能駕駛功能。 I2-t 功能提供了反應快速、可復位和可靠的過電流保護。硅保險絲還有助于簡化汽車線束，取消了用戶可接觸到的保險絲盒和相關電纜，從而減輕了重量。 功能豐富、適應性強的 VNF1048F 有一個 32 位串行外設接口 (SPI)，架兼容 3.3 V 和 5 V CMOS 邏輯電平，允許主微控制器進行配置并監測系統保護和診斷功能。這些功能包括欠壓和過溫保護、用于外部 MOSFET 驅動的兩級充電泵，以及 MOSFET 熱保護、去飽和關斷以及 I2-t 保險絲設置。 該器件使用外部高壓側分流電阻器，內置了高精度數字電流檢測功能。該器件還集成了模數轉換器 (ADC)，用于檢測感溫熱敏電阻器的電壓 (VNTC)、輸出電壓 (VOUT) 和 MOSFET 漏源電壓 (VDS)。 像 VNF1048F 這樣功能齊全的智能控制器，不僅僅是集成了一些相關功能。該器件還嵌入了復雜的狀態機，用于管理并確保其性能、動作和反應與其所監控的系統需求相匹配（圖 4）。
圖 4：VNF1048F 的工作和定序狀態圖清楚地表明了它是如何以及為什么遠超基本型電子保險絲的。（圖片來源：STMicroelectronics） 為了與其高水平功能和高集成度相稱，VNF1048F 附帶一份 52 頁的數據手冊。對于計劃使用該器件的所有人來講，最好能去了解該器件支持的許多模式、功能、初始化和設置；在使用之前需要做很多功課的。 最后一點含蓄地說明了使用如此復雜的部件時可能存在的擔憂。老式的普通熱保險絲的優點之一是，一旦選擇了合適的器件，你就幾乎不再需要進一步的設計工作。只需將保險絲放入電路中就大功告成：無需進行功能初始化，無需設置參數，無需確定協議，也無需通過鏈接下載。相比之下，高級電子保險絲則需要較多設計導入時間、精力以及調試工作。 結語 這是永恒的工程設計困境的一部分：是保持簡單并接受有限的靈活性，還是致力于更先進的組件，你知道這是需要付出更多的努力來實現的嗎？就電子保險絲而言，在很大程度上由于汽車設計的復雜性和靈活性要求越來越高，看起來為此經受痛苦也是值得的。 |
