探索 onsemi NIS3071 和 NIV3071 eFuse：功能、特性與應(yīng)用全解析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，保護(hù)下游負(fù)載免受各種異常情況的影響是至關(guān)重要的。今天，我們就來(lái)深入探討 onsemi 推出的 NIS3071 和 NIV3071 這兩款 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，看看它們能為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)哪些便利和保障。

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產(chǎn)品概述

NIS/NIV3071 是一款 4 通道 eFuse，每通道具備 2.5A 的電流能力，能夠有效保護(hù)下游負(fù)載免受輸出短路、過(guò)載和過(guò)流事件的損害。每個(gè)通道采用高端配置，并通過(guò)相應(yīng)的使能引腳進(jìn)行獨(dú)立控制。同時(shí)，它通過(guò)一個(gè)公共的低電平有效故障引腳來(lái)傳達(dá)狀態(tài)信息。此外，該 eFuse 還具有內(nèi)部軟啟動(dòng)延遲、跳閘時(shí)間控制以及所有通道通用的可調(diào)電流限制設(shè)置等特性。其中，NIS3071 適用于工業(yè)和電信應(yīng)用，而 NIV3071 則專為汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

方框圖

應(yīng)用示意圖

一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

（一）基本信息

onsemi 的 NIS3071 和 NIV3071 是 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，采用 WQFNW16、6x5 的封裝（CASE 512AN）。它們能有效保護(hù)下游負(fù)載免受輸出短路、過(guò)載和過(guò)流等問(wèn)題的影響。NIS3071 適用于工業(yè)和電信領(lǐng)域，而 NIV3071 則專門(mén)針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（二）關(guān)鍵特性

1. 多通道獨(dú)立控制：擁有 4 個(gè)獨(dú)立通道，每個(gè)通道的功率器件都具備熱保護(hù)功能，且可通過(guò)對(duì)應(yīng)的使能引腳進(jìn)行獨(dú)立控制。
2. 無(wú)需外部電流分流器：這一特性簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和電路板空間的占用。
3. 數(shù)字使能引腳：采用高電平有效的數(shù)字使能引腳，方便與其他數(shù)字電路進(jìn)行接口。
4. 故障指示：通過(guò)一個(gè)公共的開(kāi)漏低電平有效故障引腳來(lái)傳達(dá)狀態(tài)信息，便于系統(tǒng)監(jiān)控。
5. 可調(diào)參數(shù)：具備可調(diào)的過(guò)流限制和開(kāi)啟時(shí)間控制功能，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活調(diào)整。
6. 汽車(chē)級(jí)應(yīng)用支持：NIV 前綴的產(chǎn)品適用于汽車(chē)及其他有特殊要求的應(yīng)用，并且通過(guò)了 AEC - Q100 認(rèn)證，具備 PPAP 能力。

二、引腳功能與參數(shù)

（一）引腳功能

這些引腳的合理連接和使用是實(shí)現(xiàn) eFuse 各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行正確的引腳配置。

（二）參數(shù)指標(biāo)

1. 絕對(duì)最大額定值
   • 輸入電壓范圍為 - 0.3V 至 60V（穩(wěn)態(tài)），瞬態(tài)電壓最大可達(dá) 65V（脈沖持續(xù)時(shí)間 ≤ 100μs）。
   • 使能引腳的最大直流電壓為 - 0.3V 至 6V。
   • 工作結(jié)溫范圍為 - 40°C 至 150°C，非工作結(jié)溫范圍為 - 50°C 至 155°C。
   • 焊接時(shí)引腳溫度在 10 秒內(nèi)最大為 260°C。
   • ESD 人體模型為 2.0kV，ESD 充電設(shè)備模型為 1.0kV。
2. 電氣特性
   • 功率 FET 的導(dǎo)通電阻在 25°C 時(shí)典型值為 80mΩ，150°C 時(shí)為 135mΩ。
   • 每通道的連續(xù)電流在環(huán)境溫度為 100°C 時(shí)，單通道可達(dá) 2.5A（需滿足熱阻 $R_{\theta JA} ≤14^{\circ} C / W$）。
   • 過(guò)流保護(hù)方面，最小可設(shè)置電流限制為 0.5A（$R{LIM} = 130kΩ$），閾值電流水平在 $R{LIM}=30kΩ$ 時(shí)為 2.0A 左右。

三、工作原理與應(yīng)用

（一）基本操作

NIS/NIV3071 采用高端配置的四個(gè)自保護(hù)通道，內(nèi)部電路可獨(dú)立監(jiān)測(cè)每個(gè)通道的輸出電流和芯片溫度。當(dāng)輸入電壓施加到 INx 引腳時(shí)，根據(jù)控制電路的限制，設(shè)備會(huì)將輸入電壓施加到連接在 OUTx 引腳的負(fù)載上。而且，該 eFuse 還支持將通道并聯(lián)以獲得更高的總輸出電流。若某個(gè)通道不使用，可將 INx 和 ENx 引腳接地。只要通道 FET 的溫度不超過(guò)芯片預(yù)設(shè)的 175°C 限制，該通道就會(huì)保持導(dǎo)通狀態(tài)。

（二）過(guò)流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)電路會(huì)監(jiān)測(cè)負(fù)載電流，只要電流在由 $I{TH}$ 和 $I{CB}$ 定義的允許過(guò)流范圍內(nèi)，負(fù)載就可以正常吸取電流。$I{TH}$ 是由 $R{LIM}$ 電阻設(shè)置的過(guò)流限制，$I{CB}$ 是斷路器水平，為 $I{TH}$ 的 2 倍。當(dāng)負(fù)載電流不超過(guò) $I{CB}$ 時(shí)，F(xiàn)ET 導(dǎo)通；若超過(guò) $I{CB}$，則該通道的 FET 會(huì)立即關(guān)閉。若在過(guò)流模式下，通道 FET 的內(nèi)部溫度超過(guò)閾值，該通道也會(huì)關(guān)閉。此外，部分設(shè)備還提供過(guò)流跳閘定時(shí)器，當(dāng)負(fù)載電流超過(guò) $I_{TH}$ 時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到預(yù)定時(shí)間后通道關(guān)閉。

（三）開(kāi)啟時(shí)間控制

開(kāi)啟時(shí)間電路能以線性受控速率提升輸出電壓，默認(rèn)斜坡時(shí)間約為 1.5ms。通過(guò)在 dvdt 引腳添加外部電容，可以修改開(kāi)啟時(shí)間。建議使用陶瓷或其他低泄漏電容，因?yàn)檫B接到 dvdt 引腳的電容值決定了 $t_{RAMP(On)}$ 開(kāi)啟時(shí)間。

（四）使能控制

高電平有效的使能引腳為控制通道狀態(tài)提供了數(shù)字接口。當(dāng) ENx 引腳被外部電路拉低時(shí)，對(duì)應(yīng)通道關(guān)閉；當(dāng) ENx 引腳被拉高或浮空時(shí)，通道開(kāi)啟。在輸出端存在高電感的應(yīng)用中，建議將 ENx 引腳拉高。不過(guò)，過(guò)流限制等保護(hù)電路的功能會(huì)優(yōu)先于使能引腳的控制。

（五）故障指示

FAULT 引腳是一個(gè)開(kāi)漏低電平有效引腳，用于向系統(tǒng)控制器發(fā)出任何通道發(fā)生過(guò)流事件的信號(hào)。當(dāng)發(fā)生熱關(guān)斷或過(guò)流跳閘定時(shí)器超時(shí)事件時(shí)，F(xiàn)AULT 引腳會(huì)被拉低。故障清除后，該引腳會(huì)浮空或被外部上拉電阻拉高。若不需要使用該引腳，可將其懸空。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

（一）汽車(chē)領(lǐng)域

適用于汽車(chē)車(chē)身控制模塊、配電盒、汽車(chē)區(qū)域控制器以及汽車(chē)中低功率負(fù)載的保護(hù)等，能有效保障汽車(chē)電子系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）工業(yè)與電信領(lǐng)域

可用于 8V 至 60V 的工業(yè)設(shè)備以及電信設(shè)備中，為這些設(shè)備的負(fù)載和線束提供可靠的保護(hù)。

五、總結(jié)

onsemi 的 NIS3071 和 NIV3071 eFuse 憑借其多通道獨(dú)立控制、豐富的保護(hù)功能以及靈活的參數(shù)調(diào)整特性，為電子工程師在工業(yè)、電信和汽車(chē)等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇引腳連接、設(shè)置參數(shù)，并注意其工作條件和保護(hù)機(jī)制，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)類似 eFuse 的應(yīng)用難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。