汽車行業(yè)正在向可持續(xù)性轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變由軟件定義汽車（SDV）這一創(chuàng)新概念推動(dòng)。這些汽車?yán)密浖珊吞摂M化技術(shù)來(lái)增強(qiáng)功能、連接性和自主性。這種創(chuàng)新不僅提高了汽車的靈活性和用戶體驗(yàn)，還對(duì)可持續(xù)性努力做出了重大貢獻(xiàn)。

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傳統(tǒng)的機(jī)械保險(xiǎn)絲正在被電子保險(xiǎn)絲所取代，后者提供了精確且智能的電路管理功能。它們能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車輛的電氣系統(tǒng)，快速檢測(cè)并響應(yīng)電氣異常，從而提高安全性和可靠性。此外，通過(guò)串行外設(shè)接口（SPI）控制的電子保險(xiǎn)絲能夠無(wú)縫集成到車輛的軟件中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整和遠(yuǎn)程診斷。這種智能電力控制能夠節(jié)省能源并減少浪費(fèi)，確保車輛高效運(yùn)行。

盡管基于硬件的I2t（電流平方乘以時(shí)間）保護(hù)曲線對(duì)導(dǎo)線保護(hù)與負(fù)載曲線的優(yōu)化能力有限，但基于SPI的產(chǎn)品提供了一種革命性的方法。這種完全可編程的解決方案擁有尖端功能，僅需設(shè)置兩個(gè)參數(shù)——額定電流和時(shí)間，即可輕松配置。這種開(kāi)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)提供了無(wú)與倫比的適應(yīng)性和性能，不僅使解決方案更加高效，還特別能夠滿足現(xiàn)代車輛多樣化且動(dòng)態(tài)變化的電氣保護(hù)需求。

汽車中的電源管理

該領(lǐng)域的一個(gè)顯著進(jìn)步是開(kāi)發(fā)了STi2Fuse智能電子保險(xiǎn)絲，這種保險(xiǎn)絲通過(guò)嵌入式SPI完全可編程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制和診斷。

這種創(chuàng)新功能為傳統(tǒng)汽車和下一代創(chuàng)新SDV中的電源分配與管理帶來(lái)了顯著優(yōu)勢(shì)：

靈活性：與需要物理修改才能改變保險(xiǎn)絲曲線級(jí)別的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品不同，STi2Fuse產(chǎn)品可以通過(guò)軟件輕松調(diào)整，無(wú)需修改板上的組件。

易用性：用戶可以通過(guò)圖形用戶界面（GUI）簡(jiǎn)單地更新保險(xiǎn)絲設(shè)置，簡(jiǎn)化了調(diào)整過(guò)程，減少了所需的時(shí)間和精力。

精確性：專有的I2t功能確保保險(xiǎn)絲曲線級(jí)別可以高精度微調(diào)，提供最佳保護(hù)和線束優(yōu)化。

智能STi2Fuse開(kāi)關(guān)是汽車區(qū)域架構(gòu)中的關(guān)鍵組件，每個(gè)區(qū)域通過(guò)電源軌開(kāi)關(guān)（PRS）安全地接收適當(dāng)?shù)碾娫?，而不是依賴于集中式的基于域的系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1. 汽車架構(gòu)（基于域和基于區(qū)域）。圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

每個(gè)區(qū)域都有自己的控制單元，簡(jiǎn)化了布線，減輕了重量，并提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，如圖2所示的電動(dòng)汽車（EV）電源分配的框圖。

圖2. 電動(dòng)汽車電源分配的框圖。圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

為了在高精度、可靠、安全和彈性的條件下承受惡劣的電流水平，PRS可以使用智能STi2Fuse控制器驅(qū)動(dòng)高電流功率MOSFET以背靠背（B2B）配置實(shí)現(xiàn)。這種配置可以雙向管理線路，如圖3所示。

圖3. B2B配置中的PRS框圖。圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

四個(gè)單通道STi2Fuse控制器確保安全的電源分配，防止過(guò)載和可能對(duì)電氣部件造成的損壞，從而提高了車輛電氣系統(tǒng)的可靠性。

本文基于對(duì)一個(gè)完整解決方案的測(cè)量，展示了對(duì)控制器的全面性能分析，該解決方案集成了硬件和軟件。用于驅(qū)動(dòng)和功率部分的評(píng)估板如以下圖所示（圖4和圖5）。

圖4. 驅(qū)動(dòng)部分的評(píng)估板。 圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

圖5. 功率部分的評(píng)估板。 圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

在以下條件下對(duì)單條電源軌進(jìn)行了熱分析：

VBAT = 12 V
IRAIL = 100 A
其中，VBAT為電池電壓，IRAIL為流經(jīng)單條電源軌的電流。

圖6展示了電源軌組件的熱圖，特別是功率開(kāi)關(guān)、分流電阻和連接器。

其中：

2表示分流電阻RSHUNT2
3表示功率開(kāi)關(guān)3
4表示功率開(kāi)關(guān)4

圖6. 單條電源軌功率級(jí)的熱分析。 圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

每個(gè)功率開(kāi)關(guān)由四個(gè)并聯(lián)的功率MOSFET組成，用于管理電流。因此，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)的溫度均達(dá)到約85°C。這一結(jié)果突顯了評(píng)估板在確保電流通過(guò)兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)均勻分配方面的有效性。

智能STi2Fuse開(kāi)關(guān)的I2t功能已通過(guò)以下測(cè)試電路進(jìn)行了測(cè)試，以確定其對(duì)電路組件和布線的保護(hù)水平（圖7）。

圖7. 保護(hù)功能的測(cè)試電路。 圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

如果L1和L2電源軌線路同時(shí)發(fā)生短路，智能保險(xiǎn)絲設(shè)備將介入以保護(hù)負(fù)載。這些設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間會(huì)隨著過(guò)電流水平的增加而縮短。這種響應(yīng)時(shí)間由智能保險(xiǎn)絲內(nèi)配置的I2t曲線決定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1. 智能保險(xiǎn)絲響應(yīng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖8展示了在L2電源軌線路中負(fù)載過(guò)電流為30 A時(shí)，智能保險(xiǎn)絲的行為電壓和電流波形。

圖8. 電源軌短路條件下的測(cè)量波形。 圖片來(lái)源于Bodo的Power Systems [PDF]

在檢測(cè)到短路條件后，智能保險(xiǎn)絲4會(huì)觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，導(dǎo)致其柵極電壓（VG4）降至低電平。隨后，智能保險(xiǎn)絲3的漏源電壓（VDS3）增加，使其柵極電壓（VG3）也降至低電平。這一動(dòng)作切斷了L2電源軌，導(dǎo)致L2電源軌中的電流降至零。L1電源軌線路也觀察到類似的行為。因此，負(fù)載電流降至零，從而有效地保護(hù)了負(fù)載。整個(gè)事件序列僅在幾毫秒內(nèi)完成。

其他故障事件可能直接涉及電路負(fù)載。在這種情況下，如果兩條電源軌檢測(cè)到的電流超過(guò)軟件定義的短路閾值，兩條線路將被切斷，通過(guò)兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)的背靠背體二極管阻斷電流流動(dòng)。

如果僅有一條電源軌發(fā)生短路，為了滿足連接負(fù)載的安全要求，同時(shí)避免仍在運(yùn)行的DC-DC轉(zhuǎn)換器繼續(xù)為短路供電，電源軌開(kāi)關(guān)（PRS）會(huì)檢測(cè)到涉及電源軌的過(guò)電流，將其斷開(kāi)，并為關(guān)鍵安全負(fù)載提供永久偏置條件。

結(jié)論

全面的性能分析已證實(shí)STi2Fuse開(kāi)關(guān)在實(shí)際場(chǎng)景中的有效性。這些智能電子保險(xiǎn)絲以其無(wú)與倫比的靈活性、精確性和快速響應(yīng)能力，徹底革新了汽車應(yīng)用中的電源管理。STi2Fuse開(kāi)關(guān)對(duì)于提高現(xiàn)代車輛的安全性、可靠性和效率至關(guān)重要。它們?cè)谄噮^(qū)域架構(gòu)中的集成凸顯了其在推進(jìn)車輛電氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵重要性。