【導(dǎo)讀】盡管變化很大，但保險(xiǎn)絲的基本功能始終如一。保險(xiǎn)絲始終都是保護(hù)電路免受過(guò)電流影響的保護(hù)器件，無(wú)論過(guò)電流是數(shù)百安培，還是僅僅幾毫安。通常情況下，采取的保護(hù)措施是將電路與電源斷開(kāi)。對(duì)于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲來(lái)說(shuō)，這意味著保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，需要實(shí)際更換保險(xiǎn)絲。而電子保險(xiǎn)絲則是通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)連接，因而可以進(jìn)行復(fù)位，而且通常能夠自動(dòng)復(fù)位。
即便是不起眼的保險(xiǎn)絲，也不可避免地受到技術(shù)進(jìn)步的沖擊，以往簡(jiǎn)單的玻璃管保險(xiǎn)絲正逐步被功能更強(qiáng)大、更先進(jìn)的智能電子保險(xiǎn)絲(eFuse)所取代。
電子保險(xiǎn)絲與傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲的區(qū)別
盡管變化很大，但保險(xiǎn)絲的基本功能始終如一。保險(xiǎn)絲始終都是保護(hù)電路免受過(guò)電流影響的保護(hù)器件，無(wú)論過(guò)電流是數(shù)百安培，還是僅僅幾毫安。通常情況下，采取的保護(hù)措施是將電路與電源斷開(kāi)。對(duì)于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲來(lái)說(shuō)，這意味著保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷，需要實(shí)際更換保險(xiǎn)絲。而電子保險(xiǎn)絲則是通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)斷開(kāi)連接，因而可以進(jìn)行復(fù)位，而且通常能夠自動(dòng)復(fù)位。
傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲僅僅依靠其中的熔絲來(lái)決定何時(shí)斷開(kāi)負(fù)載（又稱(chēng)“熔斷”），而電子保險(xiǎn)絲的“熔斷”特性是可以改變的，最常見(jiàn)的方式是在一個(gè)專(zhuān)用引腳上連接一個(gè)外部電阻器。然而，要理解電子保險(xiǎn)絲的“熔斷”機(jī)制，需要考慮的因素遠(yuǎn)不止流過(guò)器件的電流。
首先要了解電子保險(xiǎn)絲的熱特性，因?yàn)闊崽匦钥赡軙?huì)有很大差異。在大電流通過(guò)的情況下，熱應(yīng)力是許多系統(tǒng)常見(jiàn)的故障原因，并且隨著器件尺寸不斷減小，這種現(xiàn)象愈發(fā)普遍。
任何器件（包括電子保險(xiǎn)絲）的熱性能都與其物理尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)。在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，半導(dǎo)體結(jié)與周?chē)h(huán)境空氣之間存在多層結(jié)構(gòu)，熱量必須穿過(guò)這個(gè)“熱階梯”才能散發(fā)出去。
圖1：典型電子保險(xiǎn)絲的熱階梯
熱量的傳遞需要時(shí)間，因此與短脈沖相關(guān)的熱量會(huì)全部留在器件內(nèi)部。在許多電子保險(xiǎn)絲中（具體取決于熱容），持續(xù)時(shí)間超過(guò)10毫秒的脈沖所產(chǎn)生的部分熱量會(huì)傳遞至封裝，然后開(kāi)始向周?chē)h(huán)境空氣或器件所在的PCB散熱。
通過(guò)分析穩(wěn)態(tài)電流，可根據(jù)熱阻抗(oC/W)、環(huán)境溫度和最高結(jié)溫來(lái)確定電子保險(xiǎn)絲的RDS(ON)。據(jù)此，設(shè)計(jì)人員能夠計(jì)算出特定器件的工作極限。
接下來(lái)，通過(guò)施加不同持續(xù)時(shí)間的大電流脈沖來(lái)評(píng)估電子保險(xiǎn)絲的動(dòng)態(tài)性能。由此可以推導(dǎo)出（并繪制出）熱阻抗隨脈沖持續(xù)時(shí)間變化的曲線(xiàn)。
一般來(lái)說(shuō)，脈沖持續(xù)時(shí)間越短，熱阻抗越低，而RDS(ON)和芯片尺寸等參數(shù)將決定這些較短脈沖下阻抗曲線(xiàn)的形狀。對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的脈沖（熱量有時(shí)間在器件中擴(kuò)散），PCB對(duì)曲線(xiàn)形狀的影響會(huì)更大。諸如更多的層數(shù)、更厚的銅層以及散熱焊盤(pán)等特性，都會(huì)改變曲線(xiàn)的形狀。
雖然特性表征的方法是一致的，但必須針對(duì)每個(gè)具體應(yīng)用分別進(jìn)行，以考慮各種可變因素（例如PCB）。只有這樣，并且清楚了解電流脈沖的幅度和持續(xù)時(shí)間，才能為特定應(yīng)用選擇正確的電子保險(xiǎn)絲。
盡管這種特性表征很有用，但在實(shí)際應(yīng)用中，需要將阻抗與時(shí)間之間的曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換為電流與時(shí)間之間的曲線(xiàn)。為此，必須知道RDS(ON)和 ?t（芯片溫度的可接受變化量）。
圖2：電子保險(xiǎn)絲的熱限制曲線(xiàn)
根據(jù)這些曲線(xiàn)，可快速輕松地確定在給定結(jié)溫(Tj)上升情況下脈沖的最大持續(xù)時(shí)間。當(dāng)然，良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐要求留出一定的安全裕度，而這需要根據(jù)每個(gè)應(yīng)用的具體情況來(lái)確定。
最后要考慮的是任何會(huì)承載電流且電流會(huì)流經(jīng)電子保險(xiǎn)絲的導(dǎo)線(xiàn)。所使用的參數(shù)是“電流平方x時(shí)間”，即I2t。對(duì)于傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲，這個(gè)參數(shù)通常被定義為一個(gè)固定值，并且會(huì)與保險(xiǎn)絲的標(biāo)稱(chēng)電流一起給出。
然而，這種直線(xiàn)方式人為地限制了性能，實(shí)際上電流越低時(shí)，線(xiàn)束能夠承受更長(zhǎng)的時(shí)間。因此，電子保險(xiǎn)絲的跳閘點(diǎn)通常會(huì)遵循一條曲線(xiàn)，以便更好地發(fā)揮系統(tǒng)的性能。
采用這種曲線(xiàn)方式可以使系統(tǒng)元件的尺寸更符合所需的性能要求，同時(shí)還能節(jié)省空間、減輕重量并降低成本。
安森美目前正在研發(fā)能在非恒定I2t條件下工作的電子保險(xiǎn)絲，其曲線(xiàn)點(diǎn)和參數(shù)可通過(guò)I2C或SPI等串行通信協(xié)議進(jìn)行編程設(shè)定（并且如果需要，還可以重新編程）。這類(lèi)保險(xiǎn)絲將包含若干典型曲線(xiàn)，用戶(hù)可以將這些曲線(xiàn)作為新設(shè)計(jì)的起始參考依據(jù)。
文章來(lái)源：安森美
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