Microchip - 碳化硅电子熔丝演示器为设计人员提供电动汽车电路保护解决方案

　　早在十多年前，电动汽车就曾经引入400V电池体系，当初咱们看到行业正在向800V体系迁徙，首要是为了支撑直流倏地充电。跟着电压的进步和从400V体系中学到的教训经验，设想职员当初正专一于加强低压维护电路的功能并进步可靠性。他们正在从新评价应用熔丝、 或 的现有解决计划，以追寻呼应速率更快、稳重性更强且可靠性更高的解决计划，如热熔丝和 熔丝（即E-Fuse）。一种的解决计划是基于碳化硅（SiC）手艺的电子熔丝。SiC供应高事情电压、高事情温度、低导通电阻、低关断状况漏电流以及对过电压瞬变的耐久性。电子熔丝的固态设想消除了与电弧、机器磨损、 颤动和定位焊相干的靠得住性问题。其再也不需求用于驱动接触器 的节能器硬件。电子熔丝经由过程其可设置性、受控的导通和关断、车载诊断和对高电压瞬变的耐久性提高了体系级功能。 　　接纳可复位设想，无需培修 　　电子熔丝接纳全SiC设想，对短路的呼应速率无与伦比，比热熔丝的呼应速度快数百倍。因为这类特点，电子熔丝成为了基于热熔丝的维护解决计划对的天然增补。虽然热熔丝供应了稳重且靠得住的电路维护，但它弗成复位。它是性应用的设置装备摆设，就像平安气囊里的炸药。 　　紧张情况下，热熔丝用作堵截体系电源的平安步伐。一旦引爆，就需要改换。在低压体系中改换组件其实不像在12V体系中那末简略。400V或800V的体系电压远高于汽车行业平日觉得平安的60V限定，惟独及格的培修技术员能力安全地举行培修。侥幸的是，因为拥有可设置的跳闸特点，作为体系级配套解决计划的电子熔丝对过电流的敏感度要高于热熔丝，从而可确保其先跳闸，以防止触发烧熔丝。与现今的解决计划相比，电子熔丝的一大好处是其可复位性，这可赞助电动汽车车主节减与车辆培修相干的时候、用度和贫苦。 　　稳重的直流电路维护 　　低压直流体系中的电路维护带来了怪异的挑衅。与交换体系分歧，在交换体系中，过零有助于燃烧电弧，而直流体系则没有如许的过零。为了应答这一题目，低压电动汽车继电器和接触器包含了额定的庞杂性能，以安全地燃烧电弧。然而，电弧仍然会腐蚀触点，致使如高打仗电阻或定位焊等靠得住性问题。 　　另外一方面，电子熔丝能安全地断开直流电路，而不会发生电弧。在基于继电器的解决计划中造成电弧的感应能量范例也存在于电子熔丝的维护电路中，是以，电子熔丝解决计划在中缀电流时需求吸取这类能量。 　　首要差别在于，电子熔丝的呼应速度快，可将峰值电流降低到比传统解决计划低几个数量级。因为感应能量与电流的平方成正比，是以峰值短路电流的缩小也会致使允通能量的显著缩小。这也会加重路线压力并缩小潜伏的下流毛病负载。 　　拥有可设置跳闸特点的电子熔丝演示器

　　图1给出的Microchip辅佐电子熔丝手艺演示器可供开辟汽车低压电子熔丝或固态继电器的设想职员应用。六种硬件型号分手供应400V和800V选项以及10A、20A和30A电流额定值，支撑评价RDS(on)的定制为15 m?到40 m?的单个或并联SiC MOSFET。

　　图1——Microchip的辅佐电子熔丝手艺演示器 　　电子熔丝的操纵和维护电路由12V体系供电。演示器配有LIN通讯接口，支撑间接连接到12V电池，同时可通过LIN举止从就寝模式叫醒，或许从操纵模块的开关电池输入叫醒。 　　如图2的时候-电流特点（TCC）曲线所示，电子熔丝包孕三种过电流检测要领，涵盖从稍微过电流到极高短路电流。TCC曲线界说了电子熔丝近似熔丝的行动，对低过电流的呼应速度慢，对高过电流的呼应速度快。 　　它能够轻松调解以维护路线和负载。这三种检测要领能够经由过程软件或LIN接口轻松设置。右边的蓝色检测要领应用结温估量算法来描绘跳闸行动。此算法应用电流测量值、环境温度测量值、SiC MOSFET的RDS(on)和热设想特点来估量SiC MOSFET的结温。 　　呼应时候随过电流的巨细而变迁。旁边线段代表了应用繁多电流丈量的检测要领，其呼应时候流动。右侧的线段代表了一种基于硬件，但可以经由过程软件设置的检测要领。这类要领利用了PIC? MCU独立于内核的外设（CIP），详细包孕比拟器、流动参考电压、数模转换器和设置为

　　SR锁存器的可设置逻辑单位。这可确保旌旗灯号传布时间短至几百纳秒之内，从而能够即时检测到短路并维护低压体系。

　　图2——400V、20A电子熔丝型号的时候-电流特点曲线

　　除了近似熔丝的行动外，电子熔丝还能够负担电机继电器的性能。犹如继电器线圈及其低压触点相互电气断绝同样，低压电子熔丝的操纵旌旗灯号与低压端子之间也有断绝樊篱。电子熔丝领有类似于继电器的灵活性，能够连接到体系中，作为为负载奉送低压电池正极的高侧输入，或许作为为负载到低压电池负极供应前往门路的低侧输入，如图3所示。

　　图3——电子熔丝体系级设置 　　低压短路功能 　　为了真正展示电子熔丝与传统汽车低压熔丝之间呼应时候的差别，在450V和约莫3 ?H路线电感的类似测试条件下，咱们让每种熔丝经受短路的影响。图4中给出了发生的波形。彩色波形是测试中流过低压熔丝的电流。在30 ?s内，电流达到丈量设置装备摆设的极限3800A，并在50 ?s后熔断低压熔丝。依据测试参数，峰值电流估量已跨越6000A。然而，如蓝色波形所示，应用电子熔丝时，跳闸前的电流惟独128A。这暗示允通电流显著缩小，减少了对接线和下流负载的压力。

　　它为体系设想职员供应了优化接线以加重分量和下降本钱的选项。在某些情况下，电子熔丝的低允通电流将是拖车状况（致使高电流应力的毛病惹起硬件毁坏）和可恢复毛病（同意体系主动复位，驾驶员可连续操纵车辆）之间的差别。

　　图4——电子熔丝与低压熔丝的电流波形 　　除了电动汽车自身，如直流倏地充电站或为充电站供电的微电网等支撑根底办法也将从电子熔丝中受害。电子熔丝供应的上风不局限于汽车使用。 　　应用熔丝和接触器的使用可受害于探究的一些主题以及其余上风，包孕车载电流检测，这类检测可完成进一步的体系级集成和优化。非车载使用应用大众源和反串连SiC MOSFET设置，需求的电流才能大概比演示器供应的更高。侥幸的是，设想扩大非常简略，能够针对大众源设置中供应的SiC电源模块举行调解。 　　跟着咱们对功能、安全性和可靠性的存眷度不息进步，电子熔丝作为电路维护解决计划将不息进展，成为优先接纳的要领，犹如咱们看到12V体系从熔丝和继电器转向维护型固态驱动器，近又转向高压电子熔丝同样。