eFuse IC入门基础知识

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什么是半导体保险丝eFuse IC？

不同于传统保险丝，eFuse IC具有集成于单封装中的高性能、高精度保护功能。其可重复使用，降低维护成本并缩短修复时间。


半导体保险丝eFuse IC的优势（1）

传统玻璃管保险丝和片式保险丝的结构可在发生过电流时通过加热熔化内部金属，然后断开导线，从而停止电流。因此，其会一次性熔断，必须进行零件更换等操作才能再次使用。而右图所示的eFuse IC可重复使用，因为内部过流电路可以高精度检测出电流以阻止内部MOSFET关断。

半导体保险丝eFuse IC的优势（2）

相比传统保险丝，eFuse IC具有优异的保护性能等优点。与可重复使用的传统保险丝（例如，可恢复式保险丝）相比，eFuse IC具有过流保护精度高和保护速度快的优点。


此外，它还具有过电压和反向电流阻断（RCB）等内置保护功能。


尽管efuseIC本身比片式保险丝大，但eFuse IC在包括外围IC和组件的保护功能（如过电压和转换率控制）在内的总安装面积中所占空间非常小。虽然eFuse IC的成本高于传统保险丝，但考虑到总成本，例如集成保护功能以及免维护等优点，我们认为eFuse IC的成本依然会很低。


半导体保险丝eFuse IC的优势（3）

根据可防止人身伤害的“防止潜在危险的安全工程（HBSE）”概念制定的新产品安全标准（IEC62368-1）
IEC62368-1测试详情
按最大负载进行连续运行测试
在输出短路条件下进行连续运行测试
连续输出短路测试
在过电流保护状态下进行连续运行测试
此标准可整体减少获得认证所需的工作量


eFuse IC与传统保险丝的性能比较
短路保护操作的结果

确认有70A以上的大电流瞬间流过可恢复式保险丝和片式保险丝，片式保险丝熔断。
上图显示了eFuse IC与传统保险丝（可恢复式保险丝、片式保险丝）短路保护性能的对比结果。
我们检查了当输出短路到接地时输出电流的关断时间。
（为进行比较，eFuse IC、可恢复式保险丝和片式保险丝的过电流设定值统一为3A左右。）
结果，左图所示的eFuse IC的关断时间约为2μs，而中间示例图显示的可恢复式保险丝的关断时间约为3秒，右图所示的片式保险丝的关断时间约为7μs。
峰值电流也被eFuse IC抑制至大约35A。
然而，传统保险丝不适合该测量范围，并且会流经70A或以上的大电流。


使用半导体保险丝（eFuse IC）的应用示例

半导体保险丝（eFuse IC）的应用范围很广。
它适用于具有许多输入和输出的设备，例如笔记本电脑和耳机。
eFuse IC可用于许多需要短路保护、过流保护、过电压保护、转换速率控制、反向电流阻断（RCB）和热关断（TSD）等功能的应用。
eFuse IC实际使用示例：USB Type-C示例

为符合USB终端，标准从负载开关到MOSFET再到eFuse的替换一直在进行中。将其与ESD等结合使用很重要。

过流保护功能（OCP）
过流保护功能通过抑制发生错误时的功耗来防止损坏IC和负载。如果由于负载错误或短路导致输出电流超过限制电流（ILIM），则输出电压和输出电流也会相应降低，从而限制IC和负载的功耗。

过流保护的优点就是可通过外部电阻进行调节。
左图所示电路图中红框部分显示的电阻为外接电阻RILIM。
使用此外部电阻，TCKE8系列的过流限制可设为0.5A~5A。
右图及下方的等式显示了此过流限制和外部电阻RILIM。
如该图所示，根据电阻值确定过流限制。
其具有可提高设计灵活性的优点，因为只需更改一个外部电阻即可任意设置过流限制。
（选择电阻值时必须根据实际机器核对电阻值。）

    即使您认为可恢复式保险丝和片式保险丝可以保护各个电路，也存在实际无法保护电路的可能性。
    此图比较了eFuse IC与可恢复式保险丝和片式保险丝之间的过流保护操作。（为进行比较，eFuse IC的过流设定值、可恢复式保险丝和片式保险丝的额定值统一为3A左右。）
当施加5A过电流时，
    eFuse IC仅在1μs-2μs内关断电流和输出电压。
    即使施加5A的过电流，可恢复式保险丝和片式保险丝也无法关断电流，输出电压仍保持导通状态。
当施加10A过电流时，
    eFuse IC在5A情况下仅在1μs-2μs时关断。
    可恢复式保险丝2.6秒关断，片式保险丝3.5μs关断，但片式保险丝已熔断并且需要更换。

短路保护功能
当电源线或负载因某种异常而发生短路时，短路保护功能通过停止运行来防止过电流流过。在TCKE800/805/812系列中，如果在很短的时间内输出电流为限制电流（ILIM）的1.6倍，则判断输出短路，此功能运行。

过压保护功能（过压钳位）
对于TCKE8系列，当eFuse IC的VIN引脚输入电压超过过压钳位值（OVC）时，输出电压VOUT被限制在过压钳位值（OVC）内，因此过压不会施加于后续IC或电路。
过压保护功能有两种：
    一种会钳位输出电压
    一种会关断输出电压
此功能取决于产品，因此请查看数据表了解详情。

转换速率控制（抑制浪涌电流）
    当输出端导通时，浪涌电流流动，以对连接到负载侧的电容器充电。如果此电流过大，过流保护电路可能会发生故障，无法启动，或者输出电压可能出现过冲。
    为防止出现这种情况，此功能会限制浪涌电流并控制输出电压上升时的转换速率。

转换速率控制功能可通过外部电容器控制输出电压上升。
左图中红框内侧为外接电容器CdVdT。
改变此值后，即可调整输出电压的上升转换速率。
可用右上方的公式表示外接电容器CdVdT的电容以及输出电压的上升时间tdV/dT。
右图显示了上述关系。
在该图中，横轴表示电容越大，纵轴输出电压的tdV/dT上升越慢。也可通过缓慢升高此输出电压来减小浪涌电流。
在带有分立器件的结构中，需改变栅极电压、电流调整值、栅极电容值等各种常数来改变转换速率，但使用eFuse IC时，可用单个小电容器调整转换速率。
下图是利用转换速率控制抑制浪涌电流的一个示例。
左图所示的波形是dV/dT端开路时输出电压和电流的上升波形，右图所示的波形是dV/dT端加上1nF时的波形。
可通过调整CdVdT终端电容来调整转换速率

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