用在电子保险丝上的半导体开关实现安全保护

保险丝用于许多电力电子领域。直到最近，安全保险丝才被普遍用于电缆、消费电子产品和电压源的保护。然而，使用半导体开关能够带来更多优势。

保险丝可以保护电气电路中的组件。如果发生过载或短路，将触发保险丝并断开电路。这样可以防止损坏，并降低维修成本。设计关断特性的理想方式，应该是在其他组件(例如电缆、半导体或电路上的无源组件)受到损坏之前便切断电流。

因此，正确设计尺寸合适的保险丝是电路上最薄弱的环节。受保护组件的热特性至关重要，例如电缆、线束或所连接控制单元中的半导体开关等。

电子保险丝包含半导体开关及其控制逻辑，包括保护和诊断功能，但不具备安全保险丝或电磁触发的机械触点。

保险丝的特性

安全保险丝是一次性产品。它们在电流的两个方向上进行传导、保护和分离。这种双向性在负载（取决于运行状态）由电动机或发电机作用的电路中是一个优势。这也包括如能够进行再生制动(蓄能)的牵引逆变器。

另一方面，电子保险丝则可以任意次触发并重置。由于采用了体二极管，因此设计采用单个 MOSFET，因为开关仅在一个电流方向上断开。因此，为了实现双向断开，需要切换两个反串行 MOSFET，这意味着成本更高。与安全保险丝不同，对应的电子产品具有自己的功率要求。对于电池驱动的设备，尤其需要考虑到这一点。

切断行为

常规安全保险丝的特征在于规定了额定电流和触发行为(迟滞、敏捷、超敏捷等)。而对于电子保险丝，则可以设置灵活的切断标准，包括：

•功率规格(最大负载总和或熔化总和)
•过电流
•保险丝输入端的过压或欠压
•过载(功率)
•过热——环境或保险丝中

保险丝制造商还可以设置电子保险丝的触发行为。例如，可以先限制电流然后切断，或者立即切断并等待复位。

由于电子保险丝已经包含开关，也可以用于此项功能。因此，其他任何开关都是多余的，而其他功能如软启动还可以通过使用脉宽调制(PWM)控制开关来实现。

开通行为

安全保险丝通常是一次性产品。一旦完成其功能，便无法再使用，必须更换。

对于电子保险丝，则可以使用可配置的半导体开关边缘陡度或通过 PWM 控制来实现软启动。触发后，它可以自动重新打开，并以预先定义的重复次数来尝试重置循环。另外，也可以仅根据具体要求进行重置。在这种情况下，有网络连接更有优势。

特别是在必须满足安全完整性等级(ASIL)要求的系统中，诊断功能是不可或缺的基本产品特性。在这方面，电子保险丝也具有优势，因为可以直接集成诊断功能。此外，恒定电流计量可以创建和分析负载曲线，其结果可以用作早期警告，也可以用作采取预防措施的方法，例如预防性维护和更换磨损的零件。

电子保险丝的其他特性

在过载情况下，具有附加功能的电子保险丝有很大优势。在发生短路的情况下，其切断速度更快，这意味着车载电源其余部分的电压下降持续时间较短。这对于在该处安装的电子电路很重要；在长时间停电和随后的上电之后，将需要重置并重新启动才能再次运行。在关键辅助系统上，如果在行程中重新启动，系统可能会失效，这可能是极其危险的——这里最重要的是“安全电源”。

可以设计电子保险丝，以便在切断保险丝之前将电流限制在定义的最大值。即使发生短路，板上电源系统的电压也不会下降太多，不会导致其他控制单元重置。另外，漏感能量电荷受到限制。当发生振荡时，这可保持较低的电压尖峰。没有火花隙，开关 / 保险丝便不会出现电弧，这使得电子保险丝更适合在防爆领域使用。

作者 儒卓力汽车业务部门产品销售经理 Ralf Hickl

审核编辑 黄昊宇