車載電氣系統向 48V 電壓的轉換，也對保險絲和斷路器提出了新的要求。這主要是由于 48V 系統電壓較高，而機械式繼電器適用范圍有限。

高電壓意味著繼電器在斷開的瞬間會產生電弧，這就會影響到繼電器的使用壽命。此外，產生的電弧會對車載電氣系統造成干擾。因此，當前主流車型中所采用的機械式繼電器，越來越多地被基于功率半導體的自恢復保險絲元件所取代。

電子保險絲或 E-Fuse 是一種創(chuàng)新解決方案，能夠防止過載從而保護電動汽車電池，因此電子保險絲可以被用來替換存在技術缺陷的機械式繼電器。

方案優(yōu)勢概覽

Vishay 推出一種用于 48V 電氣系統的電子保險絲參考設計方案，不僅證明這種應用的技術可行性，還證明公司自有功率半導體的性能。通過采用新一代技術和研發(fā)成果，一個小型化的 200A 的電子保險絲方案得以在 125mm x 60mm FR4 PCB 上實現 （圖1）。

圖 1： Vishay 開發(fā)的 FR4 PCB 電路板兩面裝熔絲

大電流，高效率

由于采用 MOSFET 背對背地連接，使得該設計方案可用作雙向保險絲。該方案采用 Power Metal Strip 系列作為檢流電阻測量最大的電流值。在車載應用中這種低阻值電阻特別適合用于精確電流測量?？赏ㄟ^電位器或者控制器在 1-200A 范圍內手動調整關斷電流。當電流超過被允許的最大值時，MOSFET 會在 1 μs 內斷開電路連接。這種快速響應對于防止汽車電池過載非常重要。該方案的目的是展示采用了分立半導體元件的模塊化結構設計。由于采用多個 MOSFET 并聯的模塊化設計，因此熔絲也適用于其他功率等級或要求。Vishay 豐富的電阻產品亦可滿足相應功率的要求。

通過采用多個功率 MOSFET 管并聯連接，這種設計既提高最大電流至 200A，又降低了功耗 （圖2），并且還可以輕松滿足不斷變化的要求。該參考設計采用新一代 Vishay 半導體。得益于采用低“導通”電阻的 MOSFET 管和并聯的連接方式， 在 200A 電流條件下功耗僅為 14W。200A 最大電流連續(xù)工作狀態(tài)下，MOSFET 和電路板溫度約為 75°C。因此，即使在嚴苛的車載使用環(huán)境下，該電子保險絲設計亦不需要額外冷卻。只有使用電氣和熱性能出色的元件才能實現這樣的結果。

事實證明，PowerPAK 8x8L 是正確的選擇。由于優(yōu)化了散熱設計，MOSFET 管具有非常好的散熱效果。此外，由于采用鷗翼引腳設計 MOSFET 管的焊接點具有很好的抗熱膨脹性，使得其外殼適于各種要求嚴格的應用。該 MOSFET 管也提供背面冷卻型號可以滿足優(yōu)化設計或者更高電流的需求。這樣，散熱器可以直接裝在漏極觸點的焊點上。半導體與冷卻系統直連可以降低硅片與冷卻系統之間的熱阻，增加 MOSFET 載流量，實現更優(yōu)異的設計性能。貼片式 NTC 溫度傳感器測量功率 MOSFET 的溫度，監(jiān)測半導體器件的應力。

圖2： 半導體器件并聯，實現保險絲的模塊化結構

精確的電流測量

Power Metal Strip系列檢流電阻主要適用于精確測量電流。有別于其他在其測量范圍或溫度范圍有局限的測量方法，檢流電阻在整個工作區(qū)域內非常穩(wěn)定，不受環(huán)境（如溫度或電壓變化）干擾的影響。Vishay 的 Power Metal Strip 系列檢流電阻有各種功率和阻值選項，便于滿足不同的性能設計要求。

在放大器電路中采用薄膜排阻精確測量電流。這些元件擁有分立薄膜電阻的優(yōu)點特性，以及僅用一個元件的事實。排阻的兩個電阻在生產過程中是精確匹配的。這樣，在可能發(fā)生干擾的情況下，組件的行為幾乎相同，因此電阻比不變，從而顯著提高測量精度。

現已證明，電子保險絲取代機械式繼電器是可行的，甚至更有利。該解決方案可減少車載電氣系統和車內其他設備的干擾。此外，半導體不受開關循環(huán)次數的限制，因此可以用作永久保險絲或斷路器。由于電子保險絲采用模塊化結構，該設計可以很容易地調整和細化，以適應不斷變化的需求。

審核編輯 ：李倩