域控时代的新兴器件-E-Fuse

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     E-Fuse的大规模应用，应该是从特斯拉开始，也是特斯拉将汽车的设计进行了颠覆，然后我们才发现，原来汽车上的配电盒居然可以取消，在汽车上用了几十年的传统保险丝，被特斯拉干掉了。

虽然最近特斯拉深陷刹车失灵的争议之中，但是并不妨碍各大Tier1巨头以及新能源汽车的厂商们对他优秀电子电器架构的模仿与学习。

E-Fuse的大规模应用，应该是从特斯拉开始，也是特斯拉将汽车的设计进行了颠覆，然后我们才发现，原来汽车上的配电盒居然可以取消，在汽车上用了几十年的传统保险丝，被特斯拉干掉了。

基于博世对电子电器架构的分级，在后期的域融合方面，会跟特斯拉一样，将整车上的执行器，按照就近原则，对车上的ECU进行极大的改革，一方面极大的节省线束，实现成本的下降，另一方面线束的减少对于车辆的减重有很大的帮助（偶然有一次了解到一个B级车的白车身，没记错的话也就两三百公斤，而整车上的线束总重量，也差不多是这么重。），同样也是有利于提高电动车的续航。

一

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E-Fuse的应用场景

那么就回到我们这一次的主题，主题是说一下E-Fuse，那E-Fuse的应用场景是怎么样的呢？说到这个就得从电气电气的架构开始说起。以下内容部分信息参考文章：https://mp.weixin.qq.com/s/oFuCJZttITDGjSJSYeQtGQ。

针对很早很早以前博世的一张对电子电气分类的这张图，从分布式，到集中式，到现在的中央集中式——第三阶段，也就是现在目前各种解决方案中推广的比较多的。包括大众的MEB平台的E3架构，宝马iNEXT车型的三域架构方案，华为的CC架构，伟世通的三域EEA方案，这都是目前比较主流的架构。

三域控主要就是包含以下三个域，分别是：车控域控制器（VDC，VehicleDomain Controller）、智能驾驶域控制器（ADC，ADAS\AD Domain Controller）、智能座舱域控制器（CDC，Cockpit Domain Controller）。



1、大众的MEB平台

对于大众MEB平台，其三域控的方案中包含：车辆控制服务器ICAS1、智能驾驶服务器ICAS2和信息娱乐服务器ICAS3。大众的中央域控制器集成了Switch的功能，这个Switch就有点像充当网络管理的角色，在目前的电子电气网络拓扑中，唤醒一个节点可以通过硬线或者网络管理报文，如果通过Switch，在所有策略都集中到域控中来执行的时候，通过Switch可以让子节点在需要它的时候再让它唤醒。另外一个方面，子节点的电源直接从中央域控过来，能够省掉之前绕去前舱的继电器盒再回来这么一圈的线束长度，能够极大的缩减线束的成本。




2、华为的CC架构

华为在上海车展上火了一把，火的是极狐汽车，但是我不知道极狐是什么电子电气架构。但目前华为也是三域控，包括VDC、CDC、MDC三个中央域，下面带四个区域控制器。四个区域控制器按照就近原则接入整车的控制节点，这种方式的中央域控与其他的三域控方案都类似，就是把整车控制，智能座舱，智能驾驶分开控制。

而其四个区域控制器则作为执行节点，为就近的节点进行控制，或者电源管理。



3、伟世通的三域方案

伟世通的三域控方案与华为的类似，也是分为整车控制，智能座舱，智能驾驶这三个，但是对于华为的高度集成4区域控制器方案，伟世通做了一些区别，二是有7个区域控制。



二

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E-Fuse的应用案例

除了大众的MEB平台将所有的节点都交给中央域的控制来执行之外，其余的域控方案目前还暂时没有这么的激进，而是仍然将附件的控制独立出来，交给了区域控制器来执行，并且通过区域控制器来对子节点进行电源的管理。也就是通过E-Fuse来实现电源的供给与切断。不同的附件以及执行器按照就近原则放在不同的zone控制器下面来进行控制，通过zone控制器来对下一级的ECU电源进行管理，这就是E-Fuse的使用环境了。

下图就是一个比较典型的区域控制器的拓扑框图，其主要功能包括网关，因此能看到集成了大量的通讯节点，包括CAN、LIN、以太网。最重要的是通过E-Fuse来实现对子节点的电源管理。



E-Fuse与一般的高边驱动非常类似，通过对12V电源的控制，来输出12V给到下一级的用电器。以东芝的一款产品为例，它较为典型的一种应用电路如下图所示：



                     

其相对应的管脚定义如下表所示，这些都是从datasheet里面搬运过来的。



ILIM这个管脚是类似于定于E-Fuse的最大电流，在TCKE812NA这款E-Fuse中，通过一个下拉电阻来限定通过fuse的最大电流，计算公式如下，在参考电路里面，最大电流的选择需要根据线束来选择，假设选择AWG24的线束，那最大电流就是0.9A左右，根据要求计算出相当的电阻值。



1、发生过流故障时（还没有达到短路的情况下）

当在实际应用的时候，如果附件发现过流（非短路情况），E-fuse会立即检测到过流，此时最大输出电流就限制在E-fuse设定的最大值，并且降低输出电压，待芯片达到热保护的温度时，E-fuse关断输出。



如上图所示，是发生过流故障时重复开启的一种类型，达到热保护温度的时候，会关断输出，当温度下降后，又重复开启，直到过流故障消失。还有另外一种是发生过流故障后立刻关断输出，直到使能管脚重新置位才会重新输出。
2、发生短路故障时

如果在很短的时间内通过E-fuse的电流超过1.6倍的电流极限值（ILIM），那么芯片会判断为短路故障，短路保护功能立即开始起作用。会迅速将输出关断。



3、电压钳位功能

对于传统的fuse，当蓄电池发生较大的浪涌脉冲时，会无损的通过fuse传递到ECU的电源输入口上，而对于东芝的这款E-fuse，它还有一个钳位功能，对于5V输出的E-fuse，最大钳位电压为6.04V，而对于12输出的型号，最大钳位电压为15V，基本上能够满足ECU的全部电压工况。



参考文章：

https://mp.weixin.qq.com/s/oFuCJZttITDGjSJSYeQtGQ

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总结
东芝的这个系列E-fuse，除了上述的功能之外，还能够通过外置MOSFET的方式来实现防反功能，也可以通过配置Cdv/dt来减小浪涌电流，并且在EN脚连接常电而ECU休眠的情况下，最大暗电流小于0.6mA，基本上满足ECU的暗电流需求。对于需要连接常电的应用场景来说，目前也是足够的。

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