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新能源汽车配电系统升级
传统车的配电系统,ECU主要通过保险丝和继电器完成车载电器的电源控制,包括钥匙开关继电器、灯光继电器、喇叭继电器等,还有一些常供电的负载直接通过保险丝接蓄电池正极,如下图
传统保险丝或者继电器/熔断器有如下劣势
传统的保险丝在保护时会被熔断或者破坏
过流和短路保护速度慢,线束和用电器长时间大电流情形下会加速老化
保险丝作为传统的电器件,无法实现诊断功能
继电器的理想寿命是10万次,有限制
随着汽车智能化,电气化的不断升级,更小、更轻、更智能、更容易安装的智能电器盒出现了,特斯拉率先在MODEL 3中采用E-Fuse替代保险丝和继电器进行配电;
E-Fuse有什么优势呢?
重复使用:通断操作通过打开和关闭MOSFET来实现的
可监测:能实现电流、电压检测等功能
过压保护:能限制向后级的输出电压
过流保护:E-Fuse能够在电路大幅超过限制电流时,迅速切断回路,时间仅150us
热保护:过流、过压情况下都会产生大量的热量,当温度超过一定值时,E-Fuse关闭不输出,从而保护E-Fuse。
反向电流阻断:对于反接,感性负载产生的反向电压导致的反向电流进行阻断
那么,采用E-Fuse的系统,有什么优势呢?
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什么是E-Fuse
E-Fuse,和之前MCU文章介绍的E-Fuse不一样,这里的E-Fuse,是一种基于半导体实现的,可以提供用电安全保护的电路,一般由MOSFET作为开关,并配置驱动,采样,保护等电路形成 如下是TI基于高低边开关,或者驱动器+MOSFET实现的E-Fuse方案
如下是集成MOSFET的高边开关 TPS1HA08的框图
如下是基于驱动DRV8106+外置MOSFET实现的高边E-Fuse示意图
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E-Fuse的工作逻辑
小二理解,E-Fuse最重要的一点,是利用了MOSFET的SOA的特性,结合电压检测,电流检测,温度检测等,对MOSFET继续开关;
SOA如下图
A线 是由导通电阻RDS(on)max[ID=VDS/RDS(on)]限制的区域。该区域一般与ASO区域分开讨论。
B线 是受最大额定电流IDC(稳态直流)、ID(pulse)(脉冲)max限制的区域。即:Ids能够承载最大电流限制的线。
C线 是受通道损耗(Channel dissipation或者Channel loss,ID流经DS这是主要功率产生的功耗)限制的区域,电流和电压的乘积的最大值,即额定功耗限制的线路。
D线 是Vds的额定电压相关,受耐压VDSsmax限制的区域。
E线 是二次击穿限制, 与双极晶体管中的二次击穿区域类型相同,该区域在连续运行或以相对较长的脉冲宽度(几毫秒或更长)打开的条件下出现。