作為一名謹(jǐn)慎的模擬工程師，我一直喜歡傳統(tǒng)的熱熔斷器，而對于電子熔斷器（簡寫為e-fuse或eFuse），由于其使用了有源器件而有所懷疑。畢竟，在可靠性方面，越簡單越好，沒有什么在功能上比熱熔斷器更簡單的了。我并不是要在技術(shù)上貶損它們，相反，它們實(shí)際上包含了先進(jìn)的科技材料，只不過它們的功能很簡單。

面對現(xiàn)實(shí)吧：標(biāo)準(zhǔn)熔斷器用來做一件事情，做得很好，并且是在一組給定的規(guī)格內(nèi)以完全定義、永遠(yuǎn)不變的方式來做。由于它們不存在鉤子之類的部件，因此不會弄亂（圖1）。只要指定了合適的熔斷器參數(shù)——額定電流、延時(shí)、材料、物理尺寸——就不會弄錯(cuò)。我知道，每個(gè)人都有可能遇到熔斷器沒有按預(yù)期動(dòng)作的情況，但那畢竟非常罕見。英語中還有個(gè)有趣的怪事是：“fuse”（熔斷器）會在過電流下斷開，而“to fuse”（融合）則是指將兩種材料結(jié)合在一起。

圖1：熱熔斷器有三種常用的原理圖符號；這種兩端無源元件的原理圖和功能都很簡單，這是其主要優(yōu)點(diǎn)。圖片來源：quora.com

然而，熱熔斷器有幾個(gè)缺點(diǎn)，首先就是反應(yīng)時(shí)間。取決于與閾值相比的過電流值，其發(fā)生反應(yīng)和斷開電路可能需要數(shù)十毫秒到數(shù)十秒的時(shí)間。在當(dāng)今的低電壓設(shè)計(jì)中，過電流通常是個(gè)適中的值，因此熔斷器的反應(yīng)時(shí)間可能太慢，而無法保護(hù)敏感電路。同樣，標(biāo)準(zhǔn)熔斷器在斷開后必須進(jìn)行物理更換，這在許多（但不是全部）應(yīng)用中都是個(gè)不利因素。

從概念上講，電子熔斷器是種簡單的電路；由于它可以測量電流，而不依賴于加熱和隨之而來的串聯(lián)元件的開路，因此具有獨(dú)特的優(yōu)勢，為限制電流和切斷電流提供了另一種方法。它由幾個(gè)模擬器件構(gòu)成：一個(gè)精密的電流檢測電阻器；一個(gè)具有精確比例電阻的放大器，用于捕獲和“增大”電阻器兩端的電壓；一個(gè)比較器電路，用來在預(yù)設(shè)值處進(jìn)行“開關(guān)”；以及一個(gè)MOSFET，用來提供/斷開被監(jiān)控線路中的電流路徑（圖2）。

圖2：典型電子熔斷器的基本框圖，由此可知其非常簡單、易于連接。（圖片來源：德州儀器）

電路功能相當(dāng)簡單。通常，選擇電阻器的值時(shí)，應(yīng)使其在最大電流下的壓降在50至100mV之間。電子熔斷器連接在電源軌（或電源）和要保護(hù)的負(fù)載之間。要監(jiān)視的電流流經(jīng)電阻并在其兩端產(chǎn)生電壓，電流檢測放大器（CSA）檢測該電壓并對其進(jìn)行縮放。

盡管可以通過單獨(dú)的元器件構(gòu)建電子熔斷器，但大多數(shù)用戶都選擇完整的基于IC的電子熔斷器，其中集成了包括FET在內(nèi)的必要電路（圖3），有些甚至還具有內(nèi)部檢測電阻。其他基于IC的電子熔斷器還包括其他功能，例如用戶可編程的欠壓鎖定、過壓鉗位和自動(dòng)重試，以及可以通過外部元件設(shè)置的啟動(dòng)時(shí)間。最后一項(xiàng)功能對于在啟動(dòng)和熱插拔操作期間控制浪涌電流很有用，因此它們在這種應(yīng)用中得到了廣泛采用。

圖3：具有附加功能的電子熔斷器通過簡單的外部無源元件進(jìn)行編程，其他電子熔斷器還具有其他功能。（圖片來源：德州儀器）

對電子熔斷器的最初感覺是，它們可以在盡可能低的電流/電壓電路中發(fā)揮作用。我不確定它們是否適合需要美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室（UL）和國際電工委員會（IEC）認(rèn)證的更高范圍的應(yīng)用，而熱熔斷器對于這些應(yīng)用卻是一種公認(rèn)的保護(hù)手段。

這就是我對德州儀器（TI）發(fā)布的筆記“eFuse： Safety Certification and why it Matters”（eFuse：安全認(rèn)證及其重要性）感興趣的原因。這個(gè)筆記討論了電子熔斷器如何能夠符合UL/IEC認(rèn)證流程，以及為什么它們在合適的條件下適用。這些認(rèn)證要求是如此復(fù)雜，有許多條款、任務(wù)、例外和規(guī)則，以至于任何博學(xué)的建議都受到歡迎，并且任何元器件如果能借此跳過過程中的一步都是一件好事。

這個(gè)簡要筆記解釋了電子熔斷器在這些安規(guī)方面的細(xì)節(jié)，同時(shí)也讓我想起一個(gè)很容易被忽略的要點(diǎn)：熔斷器可以防止過電流情況及其對系統(tǒng)和人員造成的風(fēng)險(xiǎn)。即使我們會不知不覺地將“危險(xiǎn)”與120/240V的市電電壓及其可能傳輸?shù)拇罅侩娏髀?lián)系在一起，但它們也不是用于高壓保護(hù)。這一TI筆記列出了各種正規(guī)的電子熔斷器，最高規(guī)格達(dá)到6A時(shí)4.5至60V——顯然不是市電電壓，但仍然是相當(dāng)大的電流和兩位數(shù)的電壓。防止高壓事件并不是熔斷器的任務(wù)，而是壓敏電阻（MOV）、火花間隙和其他器件的作用。

現(xiàn)實(shí)情況是，電子熔斷器與熱熔斷器相比有明顯的不同，并且它們通常都是有益的：精確限流、遠(yuǎn)快的反應(yīng)時(shí)間，以及故障排除后可自我修復(fù)和恢復(fù)連接（取決于電子熔斷器型號）。在許多設(shè)計(jì)情況下，有必要認(rèn)真考慮使用電子熔斷器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱敏器件。

但是，電子熔斷器遠(yuǎn)非簡單、極其可靠、功能有限的熱熔斷器所能比。盡管很簡單，但它是一種有源器件。也許某些設(shè)計(jì)需要同時(shí)使用電子熔斷器和熱熔斷器來獲得最大信心，這是一種小心謹(jǐn)慎的方法。

但是，這是否表明設(shè)計(jì)人員做事小心謹(jǐn)慎，還是設(shè)計(jì)人員對故障分析缺乏信心，而后采取的保護(hù)方案？您對在大電流應(yīng)用中使用電子熔斷器有何看法？

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