面向汽车应用的智能电子保险丝 提高48 V电气系统架构安全性

作者：Edgar Schaefer

越来越多的车辆同时配备48 V和 12 V电气系统，以便提高小型和大型电器的运作效率。为了确保电路安全，威世科技开发了一款高性能的低损耗智能电子保险丝板卡

由于在轻型混合动力车辆中集成了48 V电气系统和48 V标准，因而需要重新评估过流或短路保护，因为在48 V（电源电压）下，继电器触点之间的距离要求大于12 V 电压下情形，才能熄灭保护继电器开关时产生的电弧。这会导致延迟关断和加速触点磨损。

因此，人们使用电子保险丝来取代传统的48 V继电器。触点的磨损从根本上与开关器件有关，而这些电子保险丝以半导体为基础，没有触点，因此电子保险丝的使用寿命更长。此外，电子保险丝具有更快的开关速度、更强的诊断能力和更小的公差，从而大大提高了安全性。

威世开发了一款在48V下连续开关最高200A负载的智能电子保险丝产品，可以在1到200 A之间设定最大电流。如果超过设定值，电子保险丝会在1 μs时间内切换。与传统保险丝相比，电子保险丝可以进行重置，这意味着作动后无需更换。

即使在200A开关能力下，这款电子保险丝的功耗不超过14 W。换句话说，在环境温度不超过100°C情况下，被动冷却就足够了。只有在环境温度更高时才需要主动冷却。

两级开通操作

智能电子保险丝采用两级开通步骤运作，首先进行短路测试。在测试过程中，通过一个串联电阻器施加13 μs脉冲。如果输出电压低于输入电压的 10%，则假定为短路，电子保险丝再次关断。但是，如果输出电压高于输入电压的10%，则进行第二阶段操作，也称为预充电。

为防止电子保险丝开通时用户侧电容元件产生过大电流，元件通过串联电阻器进行预充电，直到输出电压达到输入电压的85%。一旦达到这个数值，电子保险丝就开通了。

智能电子保险丝的主要部件

智能电子保险丝产品的核心是20个来自威世的N沟道SQJQ160E MOSFET。它们基于最新的 TrenchFET Gen-IV技术，实现了仅0.8 mΩ的超低RDSon。作为双向MOSFET，能够在电子保险丝关断时防止反向电流流动。这些器件采用紧凑型PowerPAK-8x8L封装，可在–55°C至+175°C温度范围内可靠运作。

图1：威世SQJQ160E紧凑型MOSFET具有极低的漏极-源极导通电阻，可实现智能电子保险丝的高效运作。(图片来源：威世）

通过大量并联MOSFET（总体RDSon 为0.3 mΩ）保证实现极低的功率损耗，MOSFET的温度不会上升到高于环境温度65°C。

威世的WSLP3921L3000FEA分流器能够以小功率损耗实现精确的电流测量，确保保险丝安全关断。WSLP3921L3000FEA 通过了AEC-Q200 认证，在电阻值为0.0003 Ω时具有 1% 的精度，这款分流器是安全相关应用的理想选择。

图 2：威世WSLP3921L3000FEA分流器通过精确的电流测量和小功率损耗实现智能电子保险丝的安全关断。


图 3：威世通过AEC-Q 200认证的NTC热敏电阻NTCS0805E3103JMT用于监控电路板的温度。

该电路板采用威世NTC热敏电阻NTCS0805E3103JMT来实现温度监控，可以帮助提高安全水平。这款热敏电阻也通过了AEC-Q200认证，电阻为10 kΩ，偏差公差为5%。

这些元件安装在一块尺寸为 125 mm × 60 mm的双面 FR4（阻燃）板卡上，智能电子保险丝既可以通过电路板上的控制元件进行控制，也可以通过外部微控制器或机械开关进行控制。电子保险丝停用时，电路板的功耗为 53 mA，导通时则为 95 mA。凭借这些功能，威世的智能电子保险丝能够实现现代电路概念，为开发面向未来的汽车铺平道路。