Użycie bezpieczników elektronicznych eFuse do ochrony układów
Chociaż możliwe jest zaprojektowanie odpowiedniego rozwiązania zabezpieczającego od podstaw, nie jest łatwo spełnić wysokie wymagania dotyczące opóźnień i precyzji w urządzeniu resetowalnym.
Ilustracja 3: Bezpieczniki elektroniczne eFuse firmy Toshiba znajdują się w obudowie WSON10B do montażu powierzchniowego o wymiarach 3mm x 3mm i wysokości 0,7mm. (Źródło ilustracji: Toshiba)
Dobór bezpieczników elektronicznych eFuse
Dobór odpowiedniego bezpiecznika elektronicznego eFuse zwykle zaczyna się od szyn zasilających w danym zastosowaniu. W przypadku szyn zasilających o napięciu od 5 do 12V dobrą opcją będą bezpieczniki elektroniczne eFuse serii TCKE8xx. Ich znamionowe parametry sięgają 18V i 5A, posiadają certyfikat IEC 62368-1, spełniają wymagania normy UL2367 i są dostarczane w obudowach WSON10B o wymiarach 3.0mm x 3.0mm x 0,7mm z rastrem 0,5mm (ilustracja 5).
Seria TCKE8xx oferuje projektantom elastyczność, w tym regulowany limit przetężenia ustawiany przez zewnętrzny rezystor, regulowane sterowanie szybkością narastania ustawianą przez zewnętrzny kondensator, zabezpieczenie nadnapięciowe i podnapięciowe, wyłączenie termiczne i wtyk sterujący na potrzeby opcjonalnego blokowania prądu wstecznego zewnętrznym tranzystorem polowym (FET).
Projektanci mają również do wyboru trzy różne poziomy progowania nadnapięć: 6,04V dla układów 5V (na przykład TCKE805NL, RF), 15,1V dla układów 12V (w tym TCKE812NL, RF) i bez progowania (np. TCKE800NL, RF) (ilustracja 4). Zabezpieczenie nadnapięciowe jest dostępne w postaci automatycznego wznawiania pracy i progowania, w zależności od modelu, a poziomy progowania są ustawiane z dokładnością do 7%. Blokada podnapięciowa jest programowana za pomocą zewnętrznego rezystora. Funkcja wyłączenia termicznego chroni układ scalony przed nadmierną temperaturą, wyłączając bezpiecznik elektroniczny eFuse, gdy jego temperatura przekroczy 160°C. Modele z zabezpieczeniem termicznym i funkcją wznawiania pracy uruchamiają się ponownie, gdy temperatura spadnie o 20°C.
Ilustracja 4: Bezpieczniki elektroniczne eFuse serii TCKE8xx są dostępne z napięciami progowymi 6,04V dla układów 5V (TCKE805), 15,1V dla układów 12V (TCKE812) i bez progowania (TCKE800). (Źródło ilustracji: Toshiba)
Aby zapewnić stabilną pracę, omawiane bezpieczniki elektroniczne eFuse zawierają opcję pozwalającą projektantom ustawić szybkość narastania prądu i napięcia podczas rozruchu (ilustracja 5). Po włączeniu zasilania do kondensatora wyjściowego może popłynąć duży prąd rozruchowy powodujący zadziałanie bezpiecznika elektronicznego eFuse i niestabilne działanie. Zewnętrzny kondensator na wtyku dV/dT bezpiecznika elektronicznego eFuse ustawia szybkość narastania podczas rozruchu dla napięcia i prądu, zapobiegając niepożądanemu wyzwoleniu.
Ilustracja 5: Projektanci mogą ustawić szybkość narastania rozruchowego napięcia i prądu, aby zapewnić stabilną pracę bezpiecznika elektronicznego eFuse. (Źródło ilustracji: Toshiba)
W zależności od wymagań konkretnego zastosowania projektanci mogą dodać zewnętrzny tranzystor mocy MOSFET z kanałem N do blokowania prądu wstecznego, diodę ogranicznika przepięciowego (TVS) do ochrony przed stanami nieustalonymi napięcia wejściowego oraz diodę barierową Schottky'ego (SBD) do ochrony przed ujemnymi skokami napięcia na wyjściu bezpiecznika elektronicznego eFuse (ilustracja 6). Blokowanie prądów wstecznych może być przydatne w zastosowaniach, takich jak dyski i ładowarki baterii z możliwością wymiany podczas pracy. Zewnętrzny tranzystor MOSFET jest sterowany przez wtyk EFET.
Dodanie diody TVS jest potrzebne w układach, w których na szynie zasilającej występują stany nieustalone napięcia o wartości przekraczającej maksymalną wartość znamionową bezpiecznika elektronicznego eFuse. W niektórych zastosowaniach na wyjściu bezpiecznika elektronicznego eFuse może pojawić się ujemny skok napięcia, a wówczas układy scalone i inne urządzenia po stronie odbiornika, a także sam bezpiecznik elektroniczny eFuse chroni opcjonalna dioda SBD. Firma Toshiba zaleca stosowanie zewnętrznego tranzystora MOSFET SSM6K513NU,LF, diody TVS DF2S23P2CTC,L3F oraz diody SBD CUHS20S30,H3F.
Ilustracja 6: Typowe zastosowanie bezpieczników elektronicznych eFuse serii TCKE8xx z opcjonalną diodą TVS do ochrony przed nieustalonymi stanami przepięcia na wejściu, diodą SBD do ochrony przed ujemnymi skokami napięcia na wtyku wyjściowym oraz zewnętrznym tranzystorem MOSFET do blokowania prądu wstecznego. (Źródło ilustracji: Toshiba)