Toshiba eFuse TCKE805系列的设计

保险丝也被称为熔断器,它是一种安装在电路中,保证电路安全运行的电器组件。保险丝的作用是:当电路发生故障或异常时,伴随着电流不断升高,并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件,也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝,那么,保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候,自身熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。保险丝有效、可靠、易用,能够满足不同的设计目标。然而,对于寻求以极快的速度切断电流的设计来说,保险丝不可避免的缺点就是其自复位能力,以及在相对较低的电流下的工作能力。对于这些设计来说,电子保险丝是一种很好的解决方案。

传统的保险丝当通过的电流超过额定值时,该组件就会被充分加热而熔化。这样,电流路径被切断,电流归零。根据保险丝的额定值、类型以及过电流的大小,热保险丝可在几百毫秒到几秒内作出响应并断开电流通路,但在熔断之后必须进行维修或更换。此外,现在还要求新一代的保险丝具有更先进的功能,以符合IEC62368-1标准(与ICT和AV设备相关的新安全标准)。电子保险丝eFuse 具有传统保险丝无法实现特性、灵活性和功能。可透过内部MOSFET电压-电流检测电路、控制电路和电流通路的通断。因为它们是集成电路,所以在紧凑的封装内集成了许多高精度和快速响应的功能模块,包括过流、过电压、短路、过热保护等。传统的保险丝基本上只是切断电流通路,而电子保险丝却能提供许多保护和控制功能,从而能更容易地获得IEC62368-1认证。电子保险丝能够克服传统保险丝的相关缺陷。

电子保险丝主要有两种类型,以东芝TCKE805系列为例 : 
1. Auto-retry type(TCKE805NA),会尝试从各种保护操作中自动恢复
2. Latch type(TCKE805NL),通过使用外部信号重新启动来恢复。

除了各种保护功能,例如过电流、过压、短路和过热,当电源接通时,可藉由控制输出电压上升速率来抑制电流浪涌。同时还具有低压故障保护功能,可自行设置电压保护点。可以外部添加MOSFET来保护从输出侧到输入侧的反向电流。与传统保险丝一样,eFuse IC也是通过将其串接在设备的电源路径上来使用。如下TCKE805NA/NL的应用电路设计,可以安装在各种设备上。外部安装MOSFET作反向电流保护功能


电路图 :



电路零件表 : 



在应用电路设计中,是通过将信号从外部传输到EN/UVLO引脚来控制电路的操作。如下為应用电路的主要规格 : 

 

应用电路设计通过外部电路来控制TCKE805NA/NL

将控制电路(如微型计算机)的控制信号连接到EN/UVLO引脚。




启动的标准程序如下

1.在EN/UVLO引脚处于低电平时, 启动电源。

2.向EN/UVLO引脚输入高电平时, 可启动IC工作

如果EN/UVLO引脚开路,则IC可能无法正常工作, 需确保电压是正确的

 

TCKE805NA/NL是一种取代传统保险丝的负载开关。

过电流和过电压保护及浪涌电流抑制功能, 实际测试如下 : 

过电流保护 :

以TCKE805NA為例,将VOUT引脚对地短路时,观察输出电压VOUT和输出电流IOUT,可看出输出电压不会因为短路而升高,输出电流会钳制在3 A。在40ms内会启动过热保护,然后自动重启。过流保护功能对输出电流进行钳位,当输出电压的负载出现异常或发生短路而导致输出电流增加时,不超过设定的限制值,防止电源供电瞬间中断,同时防止IC本身和负载电路性能下降或损坏的风险。





过电压保护 :

在正常工作条件下 输入电压由5V骤升至8 V时, VOUT被钳制在6.04 V。过压钳位功能是将输出电压保持在设定限制值内,并防止过电压作用于后级负载电路。TCKE8系列eFuse IC的输入电压VIN可高达18.0V。当过压钳位功能使能后,eFuse IC的功耗会产生热量,因此热关断功能的工作方式与过流保护相同。


浪涌电流抑制 :

在浪涌电流发生时 输出电流会被抑制在10mA左右,当eFuse IC内部的MOSFET接通并且输入和输出导通时,充电电流立即流向输出端的电容器。这被称为浪涌电流,如果浪涌电流过大,过流保护电路可能发生错误动作,导致不能启动或输出电压过于冲高。抑制浪涌电流的功能可控制输出电压上升,以限制到电容器的浪涌电流,从而防止这些问题的出现。

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