中心議題：

• 不同類型熔絲比較
• 電子熔絲的重要特點
• 使用電子熔絲的要點

• 過壓鉗位保護芯片免受過壓瞬態影響
• 監測發熱信號以檢測芯片的狀態
• 集成了dv/dt電路控製係統浪湧電流
• 在FET溫度達到關閉點的事件中啟動熱關閉
  

計算機係統電源總線很好理解及量化。大多數外圍器件要麼使用12V總線

，要麼使用5V總線
，或同時使用12V及5V總線。由於連接至這些總線的器件數量眾多
，需要認真注意每個電路的接口。

無wu論lun器qi件jian什shen麼me時shi候hou連lian接jie至zhi帶dai多duo個ge負fu載zai的de電dian源yuan，都dou需xu要yao當dang本ben地di保bao護hu電dian路lu。這zhe種zhong需xu要yao是shi雙shuang重zhong的de，既ji需xu要yao在zai發fa生sheng電dian壓ya瞬shun態tai事shi件jian時shi保bao護hu這zhe些xie器qi件jian免mian受shou電dian源yuan影ying響xiang
，也ye需xu要yao在zai發fa生sheng過guo載zai條tiao件jian時shi保bao護hu電dian源yuan免mian受shou這zhe些xie器qi件jian影ying響xiang。本ben文wen介jie紹shao幾ji種zhong不bu同tong的de熔rong絲si選xuan擇ze，並bing詳xiang細xi解jie釋shi電dian子zi熔rong絲si(eFuse)的工作。

不同類型熔絲比較

為(wei)了(le)更(geng)好(hao)地(di)了(le)解(jie)市(shi)場(chang)上(shang)不(bu)同(tong)的(de)熔(rong)絲(si)選(xuan)擇(ze)，我(wo)們(men)比(bi)較(jiao)了(le)這(zhe)問(wen)題(ti)常(chang)見(jian)的(de)三(san)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。金(jin)屬(shu)熔(rong)絲(si)應(ying)用(yong)已(yi)久(jiu)，易(yi)於(yu)理(li)解(jie)。它(ta)們(men)通(tong)常(chang)聯(lian)合(he)矽(gui)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)抑(yi)製(zhi)器(qi)(TVS)一起使用，結合了鉗位電壓尖峰和限流保護。

聚合物器件以導電型塑料製成，這些器件在電流(內部熱量)達到預設定的電平時會改變它們的阻抗。這些器件也經常與TVS器件一起使用，就像金屬熔絲那樣。電子熔絲是半導體電路，控製功率開關(通常是功率MOSFET)，並按照預設的參數改變其阻抗。表1簡單比較了這三類熔絲。
      
所(suo)選(xuan)的(de)這(zhe)些(xie)測(ce)試(shi)器(qi)件(jian)是(shi)我(wo)們(men)討(tao)論(lun)的(de)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)器(qi)件(jian)的(de)代(dai)表(biao)。多(duo)家(jia)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)眾(zhong)多(duo)額(e)定(ding)值(zhi)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)的(de)器(qi)件(jian)。因(yin)此(ci)，這(zhe)比(bi)較(jiao)並(bing)不(bu)是(shi)決(jue)定(ding)性(xing)的(de)，但(dan)可(ke)助(zhu)了(le)解(jie)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)器(qi)件(jian)的(de)主(zhu)要(yao)區(qu)別(bie)。

1.動作周期數：電子熔絲是半導體電路，雖然任何元件都有其相關的平均無故障時間(MTBF)，但它沒有固有的耗損(wear-out)wenti。ceshixianshi，tamenjingguoshubaiwancigongzuozhouqidoumeiyouguzhang。juhewurongsideshiyongshoumingyouxian，suiranzaidaduoshuqingkuangxiatamendeshoumingdoubitamensuobaohudezhuangzhichangdeduo。dangran，jinshurongsishijinnengshiyongyicideqijian。

2.動作時間：jinshurongsihuojuhewurongsidedongzuoshijianqujueyufareliang，butonghuanjingwendujiguozaifuduxiadedongzuoshijiangebuxiangtong。youyudianzirongsishibandaotidianlu，tamendegongzuosudubiyinredongzuodeqijiangaodeduo。

一yi般ban情qing況kuang下xia，對dui金jin屬shu熔rong絲si和he聚ju合he物wu熔rong絲si而er言yan
，電dian路lu的de熱re時shi間jian常chang數shu及ji器qi件jian耗hao散san的de能neng量liang是shi影ying響xiang器qi件jian能neng夠gou保bao護hu電dian路lu的de速su度du的de主zhu要yao因yin素su。對dui電dian子zi熔rong絲si而er言yan
，基ji於yu寄ji生sheng電dian容rong及ji驅qu動dong電dian流liu的de電dian氣qi時shi間jian常chang數shu決jue定ding了le動dong作zuo速su度du
，它ta們men的de速su度du快kuai得de多duo且qie非fei常chang一yi致zhi。

3.導電/阻斷時的電阻變化：這些數據對比了導電狀態的電阻及阻斷狀態的電阻。電子熔絲的阻抗基於12V電壓源及1nA最大泄漏電流。

4.導通阻抗容限：這(zhe)個(ge)參(can)數(shu)衡(heng)量(liang)的(de)是(shi)器(qi)件(jian)在(zai)導(dao)電(dian)模(mo)式(shi)下(xia)的(de)電(dian)阻(zu)變(bian)化(hua)。導(dao)電(dian)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)阻(zu)抗(kang)很(hen)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)它(ta)是(shi)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)損(sun)耗(hao)的(de)一(yi)種(zhong)衡(heng)量(liang)標(biao)準(zhun)
，能(neng)夠(gou)影(ying)響(xiang)散(san)熱(re)及(ji)電(dian)源(yuan)穩(wen)壓(ya)。

5.電流動作點容限：該參數指的是額定動作電流在20°Cshidebianhuafudu。bixuxuanzeedingdianliunenggouquebaogongzuoerbuhuizaizuidafuzaidianliushidongzuoderongsi，guzuididedongzuodianbixudayukenengdezuidafuzai。zheyangdongzuodianrongxianjiujuedingduanlutiaojianxiazuidadianliuyouduoda。

6.動作點變化vs.溫度：這個變化參數屬於器件總容限的一部分。

7.保護：由(you)於(yu)金(jin)屬(shu)熔(rong)絲(si)和(he)聚(ju)合(he)物(wu)熔(rong)絲(si)是(shi)嚴(yan)格(ge)限(xian)流(liu)的(de)器(qi)件(jian)
，它(ta)們(men)本(ben)質(zhi)上(shang)不(bu)會(hui)針(zhen)對(dui)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)及(ji)瞬(shun)態(tai)事(shi)件(jian)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)。有(you)幾(ji)種(zhong)聚(ju)合(he)物(wu)器(qi)件(jian)以(yi)與(yu)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)抑(yi)製(zhi)器(qi)(TVS)鉗位器件封裝在一起的形式供貨，能夠提供電壓瞬態保護。某些係統中，金屬熔絲也與TVS器件結合在一起。

電子熔絲包含過壓保護電路，而這個功能本質上沒有壞處。它不會改變功率場效應管(FET)的要求
，僅會增加少許的控製電路。

8.複位選擇：juhewurongsitongchangshizailengquehoufuwei。shichangshangmouxiexinghaodejuhewurongsiyeyouhuishuansuodebanben。dianzirongsikeshejichengnenggoutigongshuansuohuofuweigongneng。tamendeshejiyedaiyouzidongfuweixuanxiang，ruyouxuqiuyeketigong。

9.尺寸：電子熔絲是所討論的這三類器件中所有尺寸參數都最小的器件。

10. U.L.認證：市場上有多種UL認證
，大多數金屬熔絲應用都通過UL認證。某些聚合物熔絲有了UL認證等級(rating)。目前，電子熔絲還沒有UL認證等級。但是，半導體器件的功能不像金屬熔絲，不是諸如UL/CSA248-14這樣的熔絲認證等級的候選者。
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電子熔絲的重要特性

1電流感測

電子熔絲與熱動作類熔絲(即金屬熔絲和聚合物熔絲)的一項重要區別是其基於電流感測電路感測到的峰值電流而動作

，其動作速度可為信號增加濾波器來減慢，但通常並不要求這樣做。

由(you)於(yu)電(dian)子(zi)熔(rong)絲(si)感(gan)測(ce)並(bing)響(xiang)應(ying)瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)，高(gao)交(jiao)流(liu)電(dian)平(ping)的(de)負(fu)載(zai)應(ying)當(dang)集(ji)成(cheng)某(mou)種(zhong)程(cheng)度(du)的(de)濾(lv)波(bo)。負(fu)載(zai)有(you)大(da)交(jiao)流(liu)電(dian)成(cheng)分(fen)並(bing)工(gong)作(zuo)在(zai)與(yu)其(qi)他(ta)負(fu)載(zai)共(gong)用(yong)的(de)總(zong)線(xian)時(shi)
，無(wu)論(lun)使(shi)用(yong)的(de)是(shi)哪(na)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)熔(rong)絲(si)器(qi)件(jian)，加(jia)入(ru)某(mou)種(zhong)濾(lv)波(bo)是(shi)很(hen)好(hao)的(de)設(she)計(ji)習(xi)慣(guan)。大(da)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)會(hui)與(yu)總(zong)線(xian)及(ji)負(fu)載(zai)的(de)其(qi)他(ta)雜(za)散(san)阻(zu)抗(kang)(strayimpedance)交互作用，可能導致其他負載上出現噪聲。

2雙電流限製

電子熔絲使用SENSEFETTM來開關電源
、限製電流及監測輸出電流。SENSEFET的優勢是僅測量小部分的負載電流。沒有SENSEFET，全部負載電流將要流經感測電阻，而這將需要大功率、極低阻抗的電阻。與價格不足1美分的小型片式電阻相比，這些電阻較昂貴。

SENSEFET包含較大及較小的MOSFET，它們位於相同裸片上，漏極、柵極相連。如果源極的電勢相同

，這些FET將很好地共享電流。在SENSEFET中
，測得流經感測單元的電流，而感測電阻的壓降保持得越低越好，從而使源極接近相同的電勢，並使兩個器件的共享比例誤差極小。

圖1所示為限流所用基本電路的原理圖。主FET的漏極至源極有足夠的壓降時
，電路就類似於兩個電流源，電流以與兩個FET相同的比例共享：本例中是1000：1。

本例中
，1A的負載電流將觸發限流變壓器，並開始啟動恒流工作模式。負載電流到達1A時，感測電流將是其1/1000，即1mA。流經50Ω感測電阻的1mA電流將導致電阻出現50mV壓降
，而這是限流放大器的閾值。這個模式稱作短路，因為在短路條件下FET感測到明顯的電壓降。導通時，器件處於工作模式
，因為輸出為低電平，而且通常情況下，這器件在為輸出電容充電時處於限流狀態。
                           
                                       圖1 采用SENSEFET感測電流

當輸出電容充電完成時，電流急降
，限流電路停止控製輸出。在這種條件下，FET電壓極低，限流電路充當分壓器。如果我們還是假設負載電流為1A，那麼主FET的壓降就為50mV。電流感測放大器的輸入就是這電壓根據由感測單元(50Ω)和外部感測電阻(50Ω)構成的分壓器按比例所分的電壓。所有電流變壓器上的輸入僅有25mV電壓，不足以激活放大器，且這器件沒有進入限流狀態。

圖2展示NIS5132的一對曲線。導通較低的曲線時，激活的是短路曲線。一旦電流降低至低於這個電平，FET就完全導通(線性區域)
，接下來麵對的就是過載電平。如果電流達到過載電平，FET的柵驅動將立即減小，而漏極至源極電壓將增加，並會將工作模式改為短路電平模式。這器件在過載電平時不能維持穩態工作。

                         
                                    圖2 NIS5132的限流曲線

xianliudianluyongyuandoubuhuiguanbixinpian，danzhihuijiangdishuchudianya。ruguoqijianzaixinpianbunengweichigonglvdianpingbaochizugouchangdeshijianduandexianliu，rexianzhidianluzuizhongjiangguanbizheqijian。

使用電子熔絲

計(ji)算(suan)機(ji)總(zong)線(xian)是(shi)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)的(de)極(ji)佳(jia)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。如(ru)果(guo)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)過(guo)載(zai)會(hui)導(dao)致(zhi)連(lian)接(jie)到(dao)總(zong)線(xian)上(shang)的(de)任(ren)何(he)負(fu)載(zai)關(guan)閉(bi)，分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)源(yuan)架(jia)構(gou)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)就(jiu)大(da)打(da)折(zhe)扣(kou)。連(lian)接(jie)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)會(hui)大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)這(zhe)類(lei)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。這(zhe)並(bing)非(fei)新(xin)技(ji)術(shu)，但(dan)在(zai)過(guo)去(qu)
，大(da)多(duo)數(shu)方(fang)案(an)采(cai)用(yong)金(jin)屬(shu)熔(rong)絲(si)或(huo)聚(ju)合(he)物(wu)熔(rong)絲(si)
，並(bing)結(jie)合(he)或(huo)沒(mei)有(you)合(he)熔(rong)絲(si)使(shi)用(yong)TVS器件。

這些器件的典型應用包括風扇驅動器、硬盤驅動器

、光盤驅動器，以及通常從5V或12V總線消耗1A或更大電流的任何電路板。5V及12V電子熔絲都有供貨。

tamenhaikeyongyurechaboyingyong。dianzirongsidegongnengshijijidixianliu，erfeijiandandijiancedianliubingzaiyudingdedianpingguanbidianliu。rechaboyingyongdeyigelizishixuyaoyichudianyuanhuoyingpanqudongqibingcharurezongxiandedaxinggaokekaoxingjisuanjixitong。zhexieqijianxianzhilangyongdianliuzhididianping，shiqijiandeshuruhuoshuchuduandoubuhuichuxianshuntaidianya。
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1基本工作原理

電子熔絲器件是電子熔絲

，如果理解其基本工作原理的話，就簡單易用。圖3顯示的是電子熔絲的係統級原理圖。圖中顯示了兩個器件(5V及12V)，它們連接至共用的啟動及關閉電路。兩個器件都含低導通阻抗的垂直MOSFET，用於低損耗工作。
                        
                                圖3 5V及12V熔絲的係統原理圖

電子熔絲最少需要1個外部元件。電流感測電阻是必需的
，且必需選擇這電阻來設定限流至所期望的電平。可以增加其他元件來改變器件的功能。

這些元件有內部壓擺率(dv/dt)控製電路
，會在約1.5ms的時間間隔內提升輸出電壓。在dv/dt引腳至地間增加外部電容還能延長這時間。也能夠使用啟用(enable)引腳至地間的開漏極晶體管來控製這器件。

電子熔絲設計為默認導通狀態。隻有三種條件會導致它們關閉，否則FET會啟用。這些條件是：

①達到了熱限製值；
②輸入電壓不符合欠壓鎖定(UVLO)要求
；
③啟用(enable)引腳拉至低電平。

如果上述條件一個都沒有符合
，這器件將處理於導通狀態，為負載提供電流。

2過壓鉗位

過壓鉗位功能保護負載免受可能損害其電路的輸入瞬態的影響。輸出電壓達到電路設定點(12V器件的額定電壓為15V，5V器件的額定電壓為6.7V)，主FET的de柵zha驅qu動dong將jiang減jian小xiao

，器qi件jian將jiang充chong當dang線xian性xing穩wen壓ya器qi工gong作zuo。隻zhi要yao未wei達da到dao熱re動dong作zuo限xian製zhi值zhi，這zhe種zhong工gong作zuo模mo式shi就jiu能neng夠gou無wu限xian地di維wei持chi。過guo壓ya電dian路lu不bu會hui直zhi接jie關guan閉bi器qi件jian。這zhe特te性xing使shi這zhe芯xin片pian能neng夠gou保bao護hu負fu載zai免mian受shou過guo壓ya瞬shun態tai影ying響xiang
，同tong時shi使shi負fu載zai能neng持chi續xu工gong作zuo。

圖4中

，應用了持續時間數毫秒(ms)的25V瞬態，輸出電壓鉗位至安全的電平。隻要瞬態存在，這電路就一直鉗位，隻是芯片耗散的功率會有不同。
                          
                                圖4 12V電子熔絲對25V浪湧的瞬態響應

3啟用(enable)電路

qiyongdianlushiyonghunenggoukongzhiqijian
，bingzaifashengreguanbishitigongxinhao。zheshiyizhongsantaixinhao，tongshifasongjijieshouxinxi，nenggoujiancezhexinhaoyijiancexinpiandezhuangtai。ruguoyonghuxuanzebuyongzhegeyinjiao，tazhixubaoliuzaikailuzhuangtai，qijianhuizijikongzhi。

圖5顯示的是這電路的信號電平，而圖6顯示的是等效原理圖。在正常工作中，內部電流源將啟用引腳上拉至4.3V。如果發生熱故障，由於過大直流電流、限流或過壓保護原因，這器件將關閉，熱邏輯將把這信號下拉至1.6V電平。
                       
                                圖5 啟用/故障信號電平

這電平能夠由微處理器或其他電路來監測並提示發生了熱關閉。啟用引腳下拉至地時熱閂鎖會複位。熱釋放完畢後，芯片將重啟。

圖3所示電路中，二者的啟用引腳連接在一起。這些芯片的設計支持3geqijianlianjiezaiyiqi，qiyongyinjiaojiangshizhexiexinpiannengxianghutongxin。ruguorenheyigexinpianjinrureguanbizhuangtai
，suoyoulianjiezaiyiqideqijiandoujiangguanbi
，zhidaoqiyongyinjiaolazhididianpingqian。qiyongyinjiaolazhididianpingjianghuibareguozaidexinpianshangdeshuansuofuwei，qiesuoyouxinpiandoujiangtongshidaotong。

4 dv/dt(slew率控製)電路

為了控製係統的導通浪湧電流及電子熔絲負載的電壓，集成了dv/dt電路來提升輸出電壓。控製輸出電容兩端電壓的dv/dt率會迫使恒定電流流動，直至輸出電壓等於輸入電壓。

內部電容設定5V電子熔絲的上升時間(ramptime)為1.4ms

，而設定12V器件的上升時間為0.9ms。若有需要，在這引腳上增加額外的電容能延長上升時間至數百毫秒。

5 UVLO

芯片的輸入處於安全範圍之前，內部欠壓鎖定(UVLO)電路將關閉輸出。12V電子熔絲的UVLO設定為8.5V，而5V器件設定為3.6V。

6 熱保護

裸片上熱保護功能使這些器件極為堅固。這功能監測功率FET的溫度，並在溫度達到關閉點的事件中啟動熱關閉。這就保證FET工作在安全區域(SOA)。結合這個功能及限流電路，這些器件唯一的失效模式就是超過額定輸入電壓。
                           
                                    圖6 啟用/故障內部電路

目前的器件有熱閂鎖電路，在發生熱故障時會關閉器件。然後芯片能通過下拉啟用引腳至地並釋放熱，或是重新啟動輸入電源來重啟。

在眾多應用中
，電子熔絲有明顯的優勢。對於較大電流的應用，低導通阻抗垂直MOSFET的優勢是設計人員在下一個設計中考慮選擇電子熔絲方案的另一個原因。