汽车熔断器的失效保护方法

在用一个“大熔断器”保护多个上桥臂驱动负载的应用中，有些问题需要考虑。在这些应用中，“大熔断器”的电流处理功能可能高于任何一条被保护的线束。因此，当一条电线上出现“软短路”时，如果上桥臂驱动器十分强健，能够处理更高的短路电流和熔断保护功能，那么线束或电路板可能会自毁。

图6：当智能开关只能自我保护时的后果
解决方案

该解决方案是实现一个能够仿真熔断器的I2-t特性的智能电路保护算法。这个概念可转化为“曲线下面积”。在下图(图 7)中，曲线下面积(A区)是保护算法的I2-t界限内。B区所示是在一段时间内的恒定超负载条件，其中，超负载电流小于智能开关的限流值。在这个图中，当限流值超过曲线时，智能开关不会被闭锁。当B区突破A区时，器件闭锁。 这个原则适用于超负载在开关激活后存在很长时间的状况。

图7：超负载与功率限制区比较

可能存在一种特殊的瞬间过流状况：瞬间过流超出曲线与A区交接的界限，但是“曲线下面积”不足以产生错误开关条件。在下图中(图8)，这个错误是很严重的，但是因为时长太短，不足以产生错误开关条件。


图8：瞬间错误不会产生错误关断状况


这种保护算法准许出色多个涌流，同时不会强制系统处理比正常高出很多的稳态电流。因此，这种算法提供一个强健的保护功能，既可以保护开关本身，又可以保护被开关驱动的线束。再加上其它的安全机制，如内置的看门狗和激活功能，这个已经很安全的解决方案将会变得更加安全。

利用一个升降序计数器，可以在芯片上实现这个算法，控制该升降序计数器的是流经开关的电流的平方(图 9)。

　

计数器的方向由参考电流确定。当检测电流高于参考电流阈值时，计数器升序计数，速率与检测电流和参考电流的差的平方成正比。当检测电流低于参考电流阈值时，计数器以固定值降序计数。固定降序计数值的设定目的是更好地估算熔断器的散热性。

这个阈值涌流要比电线的电流处理能力略低（如图5所示，小于14A DC)。计数器一旦达到某一个预设值后，输出就会被立即关断。因为这种算法是利用熔断器型的特性保护电线，所以直到微控制器重新初始化，将输出重新导通之前，驱动器始终保持关断状态。


图10：采用保护算法的外推i2-t曲线与电线和熔断器比较

实现这种保护方法的智能开关系列产品的应用，可降低给定车身电子模块的线束成本，限制熔断器的数量，同时提高可靠性和安全性。

当一次短路输出最终烧毁了她的BCM时，车厢内充满了刺鼻的烧焦味，如图6电路板所示，该车的车主买了一辆新车，有同样遭遇的车主不是很少。弥补一辆价值3000美元的汽车的置换损失需要很多个模块。模块的单价比较昂贵，底价不易被接受。从长远看，多花一点钱增加这种保护装置是物有所值的。