新能源汽车里面的配电系统和E-Fuse

mengmianren

之前针对新能源汽车接线盒学习交流时候，朋友提到特斯拉已经大量采用E-Fuse，提升了整车的配电和用电安全；在大功率充电桩文章里面可以看到大量的应用了熔断器，继电器等安全配电器件；在介绍BCM时候，提到了高低边开关；

本文总结下新能源汽车整车配电用电的变化，E-Fuse(Smart Fuse)及其在配电的应用；

本文目录：

新能源汽车配电系统升级

什么是E-Fuse，其原理是什么

E-Fuse的工作逻辑

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新能源汽车配电系统升级

传统车的配电系统，ECU主要通过保险丝和继电器完成车载电器的电源控制，包括钥匙开关继电器、灯光继电器、喇叭继电器等，还有一些常供电的负载直接通过保险丝接蓄电池正极，如下图


传统保险丝或者继电器/熔断器有如下劣势

传统的保险丝在保护时会被熔断或者破坏过流和短路保护速度慢，线束和用电器长时间大电流情形下会加速老化保险丝作为传统的电器件，无法实现诊断功能继电器的理想寿命是10万次，有限制

随着汽车智能化，电气化的不断升级，更小、更轻、更智能、更容易安装的智能电器盒出现了，特斯拉率先在MODEL 3中采用E-Fuse替代保险丝和继电器进行配电；

E-Fuse有什么优势呢？

重复使用：通断操作通过打开和关闭MOSFET来实现的

可监测：能实现电流、电压检测等功能

过压保护：能限制向后级的输出电压

过流保护：E-Fuse能够在电路大幅超过限制电流时，迅速切断回路，时间仅150us

热保护：过流、过压情况下都会产生大量的热量，当温度超过一定值时，E-Fuse关闭不输出，从而保护E-Fuse。

反向电流阻断：对于反接，感性负载产生的反向电压导致的反向电流进行阻断

那么，采用E-Fuse的系统，有什么优势呢？



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什么是E-Fuse

E-Fuse，和之前MCU文章介绍的E-Fuse不一样，这里的E-Fuse，是一种基于半导体实现的，可以提供用电安全保护的电路，一般由MOSFET作为开关，并配置驱动，采样，保护等电路形成如下是TI基于高低边开关，或者驱动器+MOSFET实现的E-Fuse方案


如下是集成MOSFET的高边开关 TPS1HA08的框图



如下是基于驱动DRV8106+外置MOSFET实现的高边E-Fuse示意图



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E-Fuse的工作逻辑

小二理解，E-Fuse最重要的一点，是利用了MOSFET的SOA的特性，结合电压检测，电流检测，温度检测等，对MOSFET继续开关；

SOA如下图



A线  是由导通电阻RDS（on）max[ID=VDS/RDS（on）]限制的区域。该区域一般与ASO区域分开讨论。

B线 是受最大额定电流IDC（稳态直流）、ID（pulse）（脉冲）max限制的区域。即：Ids能够承载最大电流限制的线。

C线 是受通道损耗（Channel dissipation或者Channel loss，ID流经DS这是主要功率产生的功耗）限制的区域，电流和电压的乘积的最大值，即额定功耗限制的线路。

D线 是Vds的额定电压相关，受耐压VDSsmax限制的区域。

E线 是二次击穿限制， 与双极晶体管中的二次击穿区域类型相同，该区域在连续运行或以相对较长的脉冲宽度（几毫秒或更长）打开的条件下出现。

更多解释，可以搜索：功率MOSFET安全工作区SOA：真的安全吗？