近年来，人们对电子设备的安全意识越来越强，信息通信和音视频（AV）等设备的安全标准IEC 62368-1认证需求也在不断增加。IEC 62368-1标准是取代原针对信息通信设备的IEC 60065和音视频（AV）设备的IEC 60950-1旧标准的新一代安全标准。在欧洲和美国，从2020年12月开始，产品已经需要获得基于IEC 62368-1的EN 62368-1（欧洲版本）和UL 62368-1（美国版本）的认证。

满足IEC 62368-1的要求，需要对电源回路有着坚实、完善地保护，特别是对负载电路进行快速、高精度的保护，避免其不会由于电源回路的过电流而受到影响。因而电路中的保护器件异常重要。

传统上使用玻璃管保险丝，片式保险丝，多晶（聚合物）保险丝等作为电源回路中的过电流保护器件，随着安全意识的提高，且为了解决其固有缺陷，兼具快速高精度的过电流保护功能和支持多种电路保护功能的eFuse IC受到了用户的青睐。

近年来，人们对电子设备的安全意识越来越强，信息通信和音视频（AV）等设备的安全标准IEC 62368-1认证需求也在不断增加。IEC 62368-1标准是取代原针对信息通信设备的IEC 60065和音视频（AV）设备的IEC 60950-1旧标准的新一代安全标准。在欧洲和美国，从2020年12月开始，产品已经需要获得基于IEC 62368-1的EN 62368-1（欧洲版本）和UL 62368-1（美国版本）的认证。

满足IEC 62368-1的要求，需要对电源回路有着坚实、完善地保护，特别是对负载电路进行快速、高精度的保护，避免其不会由于电源回路的过电流而受到影响。因而电路中的保护器件异常重要。

传统上使用玻璃管保险丝，片式保险丝，多晶（聚合物）保险丝等作为电源回路中的过电流保护器件，随着安全意识的提高，且为了解决其固有缺陷，兼具快速高精度的过电流保护功能和支持多种电路保护功能的eFuse IC受到了用户的青睐。

目前，常规的保险丝大多使用玻璃管保险丝和片式保险丝，当有超过额定值的大电流在电源回路中流动时，其利用产生的焦耳热来烧断自身的熔断体，达到切断电流，从而防止设备的损坏和火灾的发生。与传统保护方式不同的是，eFuse IC是一种具有保险丝功能的IC，它通过使用半导体元件来保护负载电路免受过电流的影响。

与常规保险丝不同的是，eFuse IC通过控制IC内置的MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）的导通／关断来控制电源回路，当有大电流产生时，通过关断MOSFET来切断电流，从而达到保护设备的目的。

表1列出了eFuse IC和传统保险丝（物理熔断器）的特性比较。与玻璃管保险丝等传统保险丝相比，eFuse IC具有许多的优点。

对于玻璃管保险丝或片式保险丝，在因电流过大而熔断后，需要排除掉电流过大的故障并且更换新的保险丝后，才可以恢复使用。多晶（聚合物）保险丝也必须在过电流状态解除后才可以自动恢复。除此之外，玻璃管保险丝或多晶（聚合物）保险丝都需要很长时间才能切断电流或开启电流限制。与之相反，当eFuse IC检测到大电流时，可以在非常短的时间内将其切断，与传统保险丝相比只有其1/1000或更小（几百ns）。除了过电流保护以外，eFuse IC还具有过压、过热保护以及欠压保护（UVLO）等丰富的保护功能，还可以通过调节压摆率来控制输出电压的缓慢上升，为各种设备（例如AV和ICT）提供强大而先进的保护。

表1 eFuse IC与传统保险丝的比较

如表2所示，东芝电子元件及存储装置株式会社开发的TCKE800/805/812系列eFuse IC，除了具有快速、高精度的过电流保护之外，还有抗浪涌电流、过压保护、过热保护、防反向电流等的多种保护功能。并且在获得IEC62368-1认证后，顺利实现了商品化。

表2 TCKE800/805/812系列

TCKE800/805/812系列采用下垂式恒流控制方式来实现电流的限制。

当负载电路发生异常而导致输出电流（I_OUT）超过预定限制电流（I_{OUT_CL}）时，恒流限制电路通过控制输出MOSFET的栅极电压来提高导通电阻（R_on），从而将电流限制在I_{OUT_CL}之内。

如果输出电流持续上升，温度会随着损耗I_{OUT_CL^{2 ✖️}}R_on产生的热量而升高，但当温度达到预设的温度时，过热保护电路工作，将输出MOSFET关断，从而达到保护后级电路或设备的目的。

恒流控制电路除了可以实现以I_{OUT_CL}为标称值的±11%（I_{OUT_CL}＝4A设定时）的高精度电流控制之外，还具有通过外部电阻来设置I_{OUT_CL}大小的功能。为适应多种多样的应用场合的需求，提供了完善的保护。

但是，在实际使用的情况下，仅仅通过恒流控制电路和过热保护电路来保护后级电路显然是不够的。eFuse IC在正常工作时的Ron约为30mΩ，当输入电压（V_IN）为12V时，假设输出电压（V_OUT）在使用过程中意外短路到GND（地），简单计算一下便知瞬间电流可达100A或更高，这将会使后级负载电路（设备）连带eFuse IC本身在恒流控制电路开始工作之前的几百微秒内就已经被烧坏了。

因此，问题是如何加快包括短路故障在内的超大电流情况下的保护动作。在恒流控制的方法中，一般需要使用运算放大器结合负反馈来控制，但是由于内部需要电容来补偿相位，所以加速是非常有限的。

因此，针对这种电阻值极低的硬短路情况，eFuse IC还提供了超高速切断电流而不是恒流控制的短路保护功能，也就是快速跳闸功能。该短路保护功能（快速跳闸功能）不采用运算放大器和负反馈电路，而是采用比较器的电路结构，从而实现了当I_OUT超过阈值（在开发的eFuse IC中，设置为I_{OUT_CL}的1.6倍）时关断输出的超快速保护动作（150ns（典型值））。图一展示了过大电流流经负载时的瞬间响应波形和实测数据。通过内置双重保护电路（恒流控制 + 比较控制），我们成功地实现了针对包括硬短路在内的超大过电流的强大保护。

图一

通常，当MOSFET用作开关并且V_OUT>V_IN时，电流会经由固有存在于MOSFET的漏极和源极之间的PN结（P：P型半导体，N：N型半导体）即体二极管从输出端V_OUT反向流回到输入端V_IN。

尽管eFuse IC的功能丰富多样，但许多应用场合也有防反向电流的功能需要。

实现防反向电流的方法一般是采用背对背结构，即两个MOSFET背对背串联，利用彼此之间其中一个反向的PN结（反向的二极管）来防止反向电流。然而，当在IC中采用这种结构时，会出现R_on恶化的情况。与使用普通单MOSFET的情况相比，相同面积的R_on翻了四倍，而当实现相同的R_on时，MOSFET的面积增加了四倍。对于eFuse IC等大电流、低R_on的产品来说，MOSFET在芯片中所占的面积变得非常大，这将会直接导致芯片成本和产品尺寸的增加。

因此，在目前开发的eFuse IC中，会将防反向电流功能作为可选项设置。如果不需要防反向电流，可以避免增加无谓的成本。如果需要防反向电流，可以再外接MOSFET，通过背对背电路结构来实现防反向电流的功能。至于外接MOSFET的栅极的控制，可将eFuse IC的EFET引脚与其相连，保证与内部MOSFET同时进行控制。

#此外，东芝也已经开发出了内置MOSFET，具有防反向电流功能的eFuse IC产品（），详细信息请参阅公司HP的产品详细信息。

责编：Johnson Zhang

目前，常规的保险丝大多使用玻璃管保险丝和片式保险丝，当有超过额定值的大电流在电源回路中流动时，其利用产生的焦耳热来烧断自身的熔断体，达到切断电流，从而防止设备的损坏和火灾的发生。与传统保护方式不同的是，eFuse IC是一种具有保险丝功能的IC，它通过使用半导体元件来保护负载电路免受过电流的影响。

与常规保险丝不同的是，eFuse IC通过控制IC内置的MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）的导通／关断来控制电源回路，当有大电流产生时，通过关断MOSFET来切断电流，从而达到保护设备的目的。

表1列出了eFuse IC和传统保险丝（物理熔断器）的特性比较。与玻璃管保险丝等传统保险丝相比，eFuse IC具有许多的优点。

对于玻璃管保险丝或片式保险丝，在因电流过大而熔断后，需要排除掉电流过大的故障并且更换新的保险丝后，才可以恢复使用。多晶（聚合物）保险丝也必须在过电流状态解除后才可以自动恢复。除此之外，玻璃管保险丝或多晶（聚合物）保险丝都需要很长时间才能切断电流或开启电流限制。与之相反，当eFuse IC检测到大电流时，可以在非常短的时间内将其切断，与传统保险丝相比只有其1/1000或更小（几百ns）。除了过电流保护以外，eFuse IC还具有过压、过热保护以及欠压保护（UVLO）等丰富的保护功能，还可以通过调节压摆率来控制输出电压的缓慢上升，为各种设备（例如AV和ICT）提供强大而先进的保护。

表1 eFuse IC与传统保险丝的比较

如表2所示，东芝电子元件及存储装置株式会社开发的TCKE800/805/812系列eFuse IC，除了具有快速、高精度的过电流保护之外，还有抗浪涌电流、过压保护、过热保护、防反向电流等的多种保护功能。并且在获得IEC62368-1认证后，顺利实现了商品化。

表2 TCKE800/805/812系列

TCKE800/805/812系列采用下垂式恒流控制方式来实现电流的限制。

当负载电路发生异常而导致输出电流（I_OUT）超过预定限制电流（I_{OUT_CL}）时，恒流限制电路通过控制输出MOSFET的栅极电压来提高导通电阻（R_on），从而将电流限制在I_{OUT_CL}之内。

如果输出电流持续上升，温度会随着损耗I_{OUT_CL^{2 ✖️}}R_on产生的热量而升高，但当温度达到预设的温度时，过热保护电路工作，将输出MOSFET关断，从而达到保护后级电路或设备的目的。

恒流控制电路除了可以实现以I_{OUT_CL}为标称值的±11%（I_{OUT_CL}＝4A设定时）的高精度电流控制之外，还具有通过外部电阻来设置I_{OUT_CL}大小的功能。为适应多种多样的应用场合的需求，提供了完善的保护。

但是，在实际使用的情况下，仅仅通过恒流控制电路和过热保护电路来保护后级电路显然是不够的。eFuse IC在正常工作时的Ron约为30mΩ，当输入电压（V_IN）为12V时，假设输出电压（V_OUT）在使用过程中意外短路到GND（地），简单计算一下便知瞬间电流可达100A或更高，这将会使后级负载电路（设备）连带eFuse IC本身在恒流控制电路开始工作之前的几百微秒内就已经被烧坏了。

因此，问题是如何加快包括短路故障在内的超大电流情况下的保护动作。在恒流控制的方法中，一般需要使用运算放大器结合负反馈来控制，但是由于内部需要电容来补偿相位，所以加速是非常有限的。

因此，针对这种电阻值极低的硬短路情况，eFuse IC还提供了超高速切断电流而不是恒流控制的短路保护功能，也就是快速跳闸功能。该短路保护功能（快速跳闸功能）不采用运算放大器和负反馈电路，而是采用比较器的电路结构，从而实现了当I_OUT超过阈值（在开发的eFuse IC中，设置为I_{OUT_CL}的1.6倍）时关断输出的超快速保护动作（150ns（典型值））。图一展示了过大电流流经负载时的瞬间响应波形和实测数据。通过内置双重保护电路（恒流控制 + 比较控制），我们成功地实现了针对包括硬短路在内的超大过电流的强大保护。

图一

通常，当MOSFET用作开关并且V_OUT>V_IN时，电流会经由固有存在于MOSFET的漏极和源极之间的PN结（P：P型半导体，N：N型半导体）即体二极管从输出端V_OUT反向流回到输入端V_IN。

尽管eFuse IC的功能丰富多样，但许多应用场合也有防反向电流的功能需要。

实现防反向电流的方法一般是采用背对背结构，即两个MOSFET背对背串联，利用彼此之间其中一个反向的PN结（反向的二极管）来防止反向电流。然而，当在IC中采用这种结构时，会出现R_on恶化的情况。与使用普通单MOSFET的情况相比，相同面积的R_on翻了四倍，而当实现相同的R_on时，MOSFET的面积增加了四倍。对于eFuse IC等大电流、低R_on的产品来说，MOSFET在芯片中所占的面积变得非常大，这将会直接导致芯片成本和产品尺寸的增加。

因此，在目前开发的eFuse IC中，会将防反向电流功能作为可选项设置。如果不需要防反向电流，可以避免增加无谓的成本。如果需要防反向电流，可以再外接MOSFET，通过背对背电路结构来实现防反向电流的功能。至于外接MOSFET的栅极的控制，可将eFuse IC的EFET引脚与其相连，保证与内部MOSFET同时进行控制。

#此外，东芝也已经开发出了内置MOSFET，具有防反向电流功能的eFuse IC产品（），详细信息请参阅公司HP的产品详细信息。

责编：Johnson Zhang