电子保险丝：为更高电流应用预热

作为一个谨慎的以模拟为中心的工程师，我一直很喜欢传统的基于热的保险丝，并且由于它们的有源元件而对电子保险丝(也写为 e-fuses 或 eFuses)有些怀疑。毕竟，在可靠性方面，简单几乎总是更好，而且没有什么比热熔断器在功能上更简单的了。我并不是要从技术上贬低它们，因为它们实际上融合了先进的材料科学和技术;它们的功能很简单。

面对现实：标准熔断器只做一件事，做得很好，并且在给定的一组规范内以完全定义和不可变的方式完成它。你不能把它们弄乱，因为它们没有给你任何钩子或把手来抓住它们。如果您指定适当的保险丝参数——额定电流、时滞、材料、物理尺寸——你真的不会出错。我知道，每个人都有自己的故事，当一个保险丝没有做它应该做的事情时，但那些仍然是罕见的异常值;英语的一个有趣的怪癖：虽然“熔断器”在过电流时打开，但“熔断器”的意思是连接两种材料。

然而，热熔断器有几个缺点，首先是反应时间。根据与阈值相比的过电流值，反应和断开电路可能需要几十毫秒到几十秒的时间。在当今的低压设计中，过电流通常是一个适中的值，因此保险丝反应时间可能太慢而无法保护敏感电路。此外，标准保险丝打开后必须进行物理更换，这在许多(但不是全部)应用中是一个缺点。

从概念上讲，电子保险丝是一种简单的电路，它提供了一种具有独特优势的限流和切断替代方法，因为它可以测量电流，但不依赖于热加热和串联元件的后续开路。它由几个模拟组件构成：一个精密电流检测电阻器，一个带有精确缩放电阻器的放大器，用于捕获和“增益”电阻器两端的电压，一个在预设值“切换”的比较器电路，以及一个 MOSFET允许/断开被监控线路中的电流路径。

电路功能相当简单。通常，选择电阻值时，其上的电压降在最大电流下将介于 50 至 100 mV 之间。电子保险丝连接在电源轨(或电源)和要保护的负载之间。待监控的电流通过电阻器，该电阻器上的合成电压由电流检测放大器 (CSA) 检测和调整。

虽然可以从单个组件构建电子熔断器，但大多数用户会选择完整的基于 IC 的电子熔断器，其中包含包括 FET 在内的所需电路;有些甚至有一个内部检测电阻。其他基于 IC 的电子熔断器还包括附加功能和特性，例如用户可编程的欠压锁定、过压钳位和自动重试，以及可以通过外部组件设置的启动时间。最后一个功能有助于在启动和热插拔操作期间控制浪涌电流，因此它们在该应用中得到广泛使用。

我对电子保险丝的最初感觉是它们在较低电流/电压电路中发挥作用，这是它们所能达到的程度。我不确定它们是否适合需要美国保险商实验室 (UL) 和国际电工委员会 (IEC) 认证的更高范围的应用，其中热熔断器是一种完全接受的保护手段。

简要说明解释了电子保险丝在这些规定方面的来龙去脉，同时也提醒了我很容易忽视的一点：保险丝可以防止过流情况以及它们对系统和人员构成的风险。它们不是用于高压保护的，尽管我们可能会不自觉地将“危险”与 120/240V 的交流线电压联系起来，并且交流线可以提供大量电流。TI 说明列出了经批准的电子保险丝，在 6 A 时电压高达 4.5 至 60V——显然不是线路电压，但仍然有大量的电流和两位数的电压。对高压事件的保护不是熔断器的任务;相反，这是 MOV、火花隙和其他组件的作用。

现实情况是，与热熔断器相比，电子熔断器具有明显的差异，这些差异通常是有益的：精确的电流限制、更快的反应时间以及在故障清除时自我修复和恢复连接的能力(取决于选择的电子保险丝型号)。在许多设计情况下，认真考虑使用电子保险丝代替经典热器件是有意义的。

尽管如此，电子保险丝不仅仅是一个简单、极其可靠、功能有限的热保险丝。它是一个有源设备，虽然很简单。也许有些设计需要一个电子保险丝和一个热保险丝来获得最大的信心，作为一种“腰带和吊带”的方法。

但这是否表明设计人员谨慎谨慎，或者设计对故障分析和后续保护方案缺乏信心?您对在大电流应用中使用电子熔断器有何看法?