芯片廠商,力推汽車這項技術
汽車捲起來了,efuse也被帶火了。尤其最近一段時間,ST、TI、安森美、英飛凌都在力推這項技術,國內廠商也在默默發力,這個市場正式進入大競爭時代。
在當前汽車技術快速發展的時代,電子保險絲(eFuse)因其優越的性能和多樣的功能正在逐步取代傳統的繼電器和保險絲。eFuse採用芯片和功率半導體開關,具有壽命長、反應速度快、自動恢復、體積小、更多保護和檢測功能、維修成本低等優勢。
特斯拉是最早擁抱eFuse的廠商之一,2017年在Model3車型用大量eFuse替代低壓繼電器+熔斷器。
對於汽車而言,保險絲熔斷是一種確保電氣系統可以安全隔離的簡單方法,可以避免電池的高電流消耗導致電纜過熱甚至起火。
但由於很多系統故障並不嚴重,甚至希望系統恢復運行而不是簡單熔斷,這時eFuse的可恢復性就顯得非常重要。
不同保險技術的對比
eFuse的工作原理
eFuse是一種串聯連接到主電源軌的低電阻開關,由邏輯電路控制,用於保護負載和電源。當發生過載或短路情況時,eFuse會將電流限制在預定義的安全值,並在過壓情況下將輸出電壓限制在安全水平,從而保護負載免受電源故障引起的異常影響。如果故障情況持續存在,eFuse會將負載與電源斷開。根據不同版本,eFuse可以在鎖斷模式下運行,需手動重啓,也可以在自動重試模式下自動恢復。
eFuse的功能
eFuse的主要優勢
反應速度快:傳統保險絲需要時間通過焦耳熱達到熔點,而eFuse通過監控檢測電阻器上的電壓,能夠在毫秒級甚至納秒級內快速響應過流和短路情況,顯著減少瞬態跌落電壓和大電流對系統的影響。
高精度保護:eFuse可以精確設置電流和電壓閾值,通過外部電阻器或編程實現高精度的過流和過壓保護,確保系統在異常情況發生時得到快速有效的保護。
可重複使用:eFuse不會因一次短路損壞,能夠多次使用並在短暫時間內自動恢復,減少了維修成本和時間,提升了系統的可靠性和可維護性。
體積小、集成度高:eFuse通過集成在PCB板上,節省了空間,並且能夠封裝多種保護功能,如過載保護、過溫保護、過壓保護和反向電流防止等。
降低維護成本:傳統保險絲是一次性的,而eFuse可以自動恢復或保持關斷至施加外部信號恢復,不需要手動更換,大大降低了維護成本。
智能監控與診斷:eFuse具備芯片控制,能夠進行電壓、電流、溫度等參數的實時監控和診斷,支持遠程故障檢測和OTA(Over-the-Air)升級,提升系統智能化水平。
環保與節能:傳統保險絲和繼電器組合耗散能量較高,而eFuse的功率效率高,減少了能量浪費和二氧化碳排放,符合現代環保和節能的要求。
市場前景
隨着汽車技術的不斷進步,高級駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛(AD)功能的複雜性增加,對電氣系統的可靠性和安全性提出了更高要求。傳統保險絲和繼電器在響應速度、監控診斷能力及自動恢復方面存在不足,難以滿足新一代汽車電氣系統的需求。
eFuse的引入解決了這些問題,其高效的保護性能和智能化功能使其在市場上備受關注。尤其在電動汽車和高級別自動駕駛車輛中,eFuse能夠提供更高的安全保障,確保關鍵系統如制動、轉向和傳感器等始終安全供電。
此外,隨着汽車低壓電氣系統由12V升級至48V的趨勢,eFuse在高壓系統中的優勢更加顯著。48V系統需要更高的可靠性和壽命,而eFuse沒有機械觸點,壽命更長,能夠承受更高的電壓和電流,減少了設計和維護成本。
供應商及動向
最近也有很多公司在搶佔車用eFuse的市場機會。
安森美
安森美NIV3071 由四個集成通道組成,可以獨立驅動,也可以並聯在一起,以提供更多 負載電流 ,如圖 3 所示。輸入可以由不同的電源或公共電源供電。憑藉這種靈活性,NIV3071 可以通過同一器件輕鬆支持 48 V 和 12 V 負載。這在汽車應用中非常有利,因爲通過一個器件即可保護 ECU(電子控制單元)中的 48 V 和 12 V 負載。
NIV3071 eFuse 可保護下游電路免受過流、過溫和接地短路事件的影響,並可通過開漏 FAULT 引腳提供故障指示器。該器件具有四個集成高側通道,可以通過 EN 引腳獨立控制,也可以並聯在一起以用於更大的負載。該器件具有可配置的電流限制功能和導通時間,可支持多種負載。
意法半導體
意法半導體開始量產新系列車規高邊功率開關管,新產品採用意法半導體專有的智能熔斷保護功能並且支持SPI 數字接口,提高設計靈活性和功能安全性。
四通道 VNF9Q20F 是意法半導體採用先進的單晶片VIPower M0-9 MOSFET工藝並集成STi2Fuse專利技術的新系列功率開關的首款產品,STi2Fuse產品基於I2t(current squared through time-to-fuse)專利技術,檢測到過流,支持100µs 內做出快速響應並關斷MOSFET功率開關管。
VNF9Q20F 用作智能斷路器,增強電路板上的電壓穩定性,防止 PCB 電路板走線、連接器和線束過熱。在防止破壞性過載中,意法半導體新的車規功率開關還支持電容充電模式,允許無危害性的衝擊電流存在,因此,能夠在大電容負載條件下正常運行。
英飛凌
英飛凌PROFET Load Guard系列的特點是具有最高的設計靈活性,可以根據負載要求調整每個器件的過流限制。PROFET Load Guard系列中的器件更換非常簡單,因爲成熟的 TSDSO-14 裸露焊盤封裝中的單通道和雙通道器件引腳和功能兼容。通過集成容性負載開關模式,可在安全工作區對各種容性負載充電。此外,該系列在低電流區域提供最好的電流檢測精度 (kILIS)以進行精確的模塊診斷;PRO-SIL ISO 26262-ready 文檔支持在安全相關應用中使用。
總而言之,PROFET Load Guard是一款靈活的器件,可滿足未來幾代汽車電力分配系統的需求。特別是,自動駕駛和先進的駕駛員輔助系統需要保護傳感器的脆弱輸入和輸出濾波器,可調電流限制對此很有助益。
恩智浦
恩智浦N通道eXtreme 開關,具有嵌入式保護和診斷功能,導通電阻低,範圍爲每通道 2 至 100 毫歐。
eXtreme 開關產品組合包含適用於汽車和工業應用的廣泛產品,爲 12、24 和 32 V 應用提供低導通電阻、SPI、控制和診斷功能。
這些智能高側開關通過可編程 SPI 結合了靈活性,並通過嵌入式保護和擴展的數字和模擬反饋結合了穩健的設計。
南芯科技
南芯科技宣佈推出車規級電子保險絲 (eFuse) SC77010BQ/SC77010Q,憑藉 60V 的超寬工作電壓和高精度電流檢測能力,爲客戶下一代汽車電子應用提供靈活可靠的安全保障。SC77010BQ 符合 AEC-Q100 標準,可配置容性負載軟啓動及 Limphome 跛行模式,並支持過流、過溫、欠壓以及 MOSFET 飽和等多種系統保護和診斷功能。該產品現已大規模送樣,並將在第三季度實現規模量產,與重點客戶合作在研的項目預計也會在明年上半年陸續裝車量產。
類比半導體
上海類比半導體技術有限公司傾力研發的EF1048Q電子保險絲,在北京國際車展中國芯展區華麗亮相。
EF1048Q是類比半導體專爲汽車配電盒應用設計的創新汽車智能驅動產品,主要應用於汽車一級、二級常電配電系統,集安全性、輕量化與高集成度於一體,旨在爲全球汽車製造商提供前所未有的配電保護解決方案。EF1048Q集成了熔斷曲線的I2t算法來對線束及負載進行保護,精確監測並迅速響應電路異常,確保配電系統的穩定運行。通過高靈活性的SPI接口無縫對接主微控制器,支持實時配置、監測多種系統保護與診斷功能,如欠壓保護、過熱保護、外部MOSFET熱保護、去飽和關斷等,助力實現全面的智能監控與故障預警。芯片內置冗餘的基準和時鐘和全面的芯片系統的監控及自檢,支持LIMP HOME功能和純硬件模式。無論是面對瞬時過載、短路風險,還是長期負載波動,都能提供及時而精準的保護,爲駕乘者構築堅實的安全屏障。
總 結
eFuse作爲一種革命性的電氣保護方案,以其卓越的性能和智能化功能正在逐步取代傳統的繼電器和保險絲。其快速響應、高精度保護、可重複使用、體積小、智能監控與診斷等優勢,使其在現代汽車電氣系統中具有廣闊的應用前景。隨着汽車技術的發展和市場需求的提升,eFuse必將在未來的汽車電氣系統中發揮越來越重要的作用。
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