探索 onsemi NIS3071 和 NIV3071 eFuse：功能、特性与应用全解析

在电子工程师的日常设计工作中，保护下游负载免受各种异常情况的影响是至关重要的。今天，我们就来深入探讨 onsemi 推出的 NIS3071 和 NIV3071 这两款 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，看看它们能为我们的设计带来哪些便利和保障。

文件下载：onsemi NIS3071，NIV3071 4通道电子保险丝.pdf

产品概述

NIS/NIV3071 是一款 4 通道 eFuse，每通道具备 2.5A 的电流能力，能够有效保护下游负载免受输出短路、过载和过流事件的损害。每个通道采用高端配置，并通过相应的使能引脚进行独立控制。同时，它通过一个公共的低电平有效故障引脚来传达状态信息。此外，该 eFuse 还具有内部软启动延迟、跳闸时间控制以及所有通道通用的可调电流限制设置等特性。其中，NIS3071 适用于工业和电信应用，而 NIV3071 则专为汽车应用而设计。

方框图

应用示意图

一、产品简介

（一）基本信息

onsemi 的 NIS3071 和 NIV3071 是 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，采用 WQFNW16、6x5 的封装（CASE 512AN）。它们能有效保护下游负载免受输出短路、过载和过流等问题的影响。NIS3071 适用于工业和电信领域，而 NIV3071 则专门针对汽车应用进行设计。

（二）关键特性

1. 多通道独立控制：拥有 4 个独立通道，每个通道的功率器件都具备热保护功能，且可通过对应的使能引脚进行独立控制。
2. 无需外部电流分流器：这一特性简化了电路设计，降低了成本和电路板空间的占用。
3. 数字使能引脚：采用高电平有效的数字使能引脚，方便与其他数字电路进行接口。
4. 故障指示：通过一个公共的开漏低电平有效故障引脚来传达状态信息，便于系统监控。
5. 可调参数：具备可调的过流限制和开启时间控制功能，可根据不同的应用需求进行灵活调整。
6. 汽车级应用支持：NIV 前缀的产品适用于汽车及其他有特殊要求的应用，并且通过了 AEC - Q100 认证，具备 PPAP 能力。

二、引脚功能与参数

（一）引脚功能

引脚	功能	描述
1	OUT1	通道 1 的输出电压
2	IN1	通道 1 的输入电压
…	…	…
16	EN1	通道 1 使能，高电平有效，内部上拉
PAD	GND	接地

这些引脚的合理连接和使用是实现 eFuse 各项功能的基础，工程师在设计时需要根据具体的应用场景进行正确的引脚配置。

（二）参数指标

1. 绝对最大额定值
   • 输入电压范围为 - 0.3V 至 60V（稳态），瞬态电压最大可达 65V（脉冲持续时间 ≤ 100μs）。
   • 使能引脚的最大直流电压为 - 0.3V 至 6V。
   • 工作结温范围为 - 40°C 至 150°C，非工作结温范围为 - 50°C 至 155°C。
   • 焊接时引脚温度在 10 秒内最大为 260°C。
   • ESD 人体模型为 2.0kV，ESD 充电设备模型为 1.0kV。
2. 电气特性
   • 功率 FET 的导通电阻在 25°C 时典型值为 80mΩ，150°C 时为 135mΩ。
   • 每通道的连续电流在环境温度为 100°C 时，单通道可达 2.5A（需满足热阻 $R_{\theta JA} ≤14^{\circ} C / W$）。
   • 过流保护方面，最小可设置电流限制为 0.5A（$R{LIM} = 130kΩ$），阈值电流水平在 $R{LIM}=30kΩ$ 时为 2.0A 左右。

三、工作原理与应用

（一）基本操作

NIS/NIV3071 采用高端配置的四个自保护通道，内部电路可独立监测每个通道的输出电流和芯片温度。当输入电压施加到 INx 引脚时，根据控制电路的限制，设备会将输入电压施加到连接在 OUTx 引脚的负载上。而且，该 eFuse 还支持将通道并联以获得更高的总输出电流。若某个通道不使用，可将 INx 和 ENx 引脚接地。只要通道 FET 的温度不超过芯片预设的 175°C 限制，该通道就会保持导通状态。

（二）过流保护

过流保护电路会监测负载电流，只要电流在由 $I{TH}$ 和 $I{CB}$ 定义的允许过流范围内，负载就可以正常吸取电流。$I{TH}$ 是由 $R{LIM}$ 电阻设置的过流限制，$I{CB}$ 是断路器水平，为 $I{TH}$ 的 2 倍。当负载电流不超过 $I{CB}$ 时，FET 导通；若超过 $I{CB}$，则该通道的 FET 会立即关闭。若在过流模式下，通道 FET 的内部温度超过阈值，该通道也会关闭。此外，部分设备还提供过流跳闸定时器，当负载电流超过 $I_{TH}$ 时开始计时，达到预定时间后通道关闭。

（三）开启时间控制

开启时间电路能以线性受控速率提升输出电压，默认斜坡时间约为 1.5ms。通过在 dvdt 引脚添加外部电容，可以修改开启时间。建议使用陶瓷或其他低泄漏电容，因为连接到 dvdt 引脚的电容值决定了 $t_{RAMP(On)}$ 开启时间。

（四）使能控制

高电平有效的使能引脚为控制通道状态提供了数字接口。当 ENx 引脚被外部电路拉低时，对应通道关闭；当 ENx 引脚被拉高或浮空时，通道开启。在输出端存在高电感的应用中，建议将 ENx 引脚拉高。不过，过流限制等保护电路的功能会优先于使能引脚的控制。

（五）故障指示

FAULT 引脚是一个开漏低电平有效引脚，用于向系统控制器发出任何通道发生过流事件的信号。当发生热关断或过流跳闸定时器超时事件时，FAULT 引脚会被拉低。故障清除后，该引脚会浮空或被外部上拉电阻拉高。若不需要使用该引脚，可将其悬空。

四、应用场景

（一）汽车领域

适用于汽车车身控制模块、配电盒、汽车区域控制器以及汽车中低功率负载的保护等，能有效保障汽车电子系统的安全稳定运行。

（二）工业与电信领域

可用于 8V 至 60V 的工业设备以及电信设备中，为这些设备的负载和线束提供可靠的保护。

五、总结

onsemi 的 NIS3071 和 NIV3071 eFuse 凭借其多通道独立控制、丰富的保护功能以及灵活的参数调整特性，为电子工程师在工业、电信和汽车等领域的设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择引脚连接、设置参数，并注意其工作条件和保护机制，以确保设备的稳定运行和可靠性。大家在使用过程中有没有遇到过类似 eFuse 的应用难题呢？欢迎在评论区分享交流。