作者:  

Stefan Volkmann

高級現(xiàn)場應用工程師

汽車業(yè)務發(fā)展部

車載電氣系統(tǒng)向48V電壓的轉換也在對保險絲和斷路器的要求中有所體現(xiàn)。由于48V系統(tǒng)電壓較高，機械式繼電器適用范圍有限。高電壓意味著繼電器斷開瞬間會產生電弧。因此，繼電器使用壽命有限。此外，產生的電弧會對車載電氣系統(tǒng)造成干擾。因此，當前流行車型中機械式繼電器越來越多地被基于功率半導體的自恢復保險絲元件所取代。電子保險絲或E-Fuse是一種創(chuàng)新解決方案，用于防止過載從而保護電動汽車電池。電子保險絲可以成功地用來替換存在技術缺陷的機械式繼電器。

圖 1: Vishay開發(fā)的FR4 PCB電路板兩面裝熔絲。

Vishay推出一種用于48V電氣系統(tǒng)的電子保險絲參考設計方案，不僅證明這種應用的技術可行性，還證明公司自有功率半導體的性能。通過采用新一代技術和研發(fā)成果，一個小型化的200A的電子保險絲方案得以在125mm x 60mm FR4 PCB上實現(xiàn) (圖1)。由于采用MOSFET背對背地連接，使得該設計方案可用作雙向保險絲。該方案采用Power Metal Strip®系列作為檢流電阻測量最大的電流值。在車載應用中這種低阻值電阻特別適合用于精確電流測量。可通過電位器或者控制器在1-200A范圍內手動調整關斷電流。當電流超過被允許的最大值時，MOSFET會在1 μs內斷開電路連接。這種快速響應對于防止汽車電池過載非常重要。該方案的目的是展示采用了分立半導體元件的模塊化結構設計。由于采用多個MOSFET并聯(lián)的模塊化設計，因此熔絲也適用于其他功率等級或要求。Vishay豐富的電阻產品亦可滿足相應功率的要求。

通過采用多個功率MOSFET管并聯(lián)連接，這種設計既提高最大電流至200A，又降低了功耗 (圖2)，并且還可以輕松滿足不斷變化的要求。該參考設計采用新一代Vishay半導體。得益于采用低“導通”電阻的MOSFET管和并聯(lián)的連接方式， 在200A電流條件下功耗僅為14W。200A最大電流連續(xù)工作狀態(tài)下，MOSFET和電路板溫度約為75°C。因此，即使在嚴苛的車載使用環(huán)境下，該電子保險絲設計亦不需要額外冷卻。只有使用電氣和熱性能出色的元件才能實現(xiàn)這樣的結果。事實證明，PowerPAK 8x8L是正確的選擇。由于優(yōu)化了散熱設計，MOSFET管具有非常好的散熱效果。此外，由于采用鷗翼引腳設計MOSFET管的焊接點具有很好的抗熱膨脹性，使得其外殼適于各種要求嚴格的應用。該MOSFET管也提供背面冷卻型號可以滿足優(yōu)化設計或者更高電流的需求。這樣，散熱器可以直接裝在漏極觸點的焊點上。半導體與冷卻系統(tǒng)直連可以降低硅片與冷卻系統(tǒng)之間的熱阻，增加MOSFET載流量，實現(xiàn)更優(yōu)異的設計性能。貼片式 NTC溫度傳感器測量功率MOSFET的溫度，監(jiān)測半導體器件的應力。

圖2: 半導體器件并聯(lián)，實現(xiàn)保險絲的模塊化結構。

Power Metal Strip®系列檢流電阻主要適用于精確測量電流。有別于其他在其測量范圍或溫度范圍有局限的測量方法，檢流電阻在整個工作區(qū)域內非常穩(wěn)定，不受環(huán)境(如溫度或電壓變化)干擾的影響。Vishay的 Power Metal Strip®系列檢流電阻有各種功率和阻值選項，便于滿足不同的性能設計要求。

在放大器電路中采用薄膜排阻精確測量電流。這些元件擁有分立薄膜電阻的優(yōu)點特性，以及僅用一個元件的事實。排阻的兩個電阻在生產過程中是精確匹配的。這樣，在可能發(fā)生干擾的情況下，組件的行為幾乎相同，因此電阻比不變，從而顯著提高測量精度。

現(xiàn)已證明，電子保險絲取代機械式繼電器是可行的，甚至更有利。該解決方案可減少車載電氣系統(tǒng)和車內其他設備的干擾。此外，半導體不受開關循環(huán)次數(shù)的限制，因此可以用作永久保險絲或斷路器。由于電子保險絲采用模塊化結構，該設計可以很容易地調整和細化，以適應不斷變化的需求。

歡迎訪問以下網站，了解更多關于該參考設計及其他設計的解決方案

https://www.vishay.com/landingpage/reference-designs.