从0到1,搞懂EFUSE电子保险丝芯片和外围电路设计(本篇1)

上一篇文章,我们讲解了,从0到1,搞懂EFUSE电子保险丝芯片和外围电路设计(前传)[从0到1,搞懂EFUSE电子保险丝芯片和外围电路设计(前传),介绍了ESUFE耐压为什么是80V呢?为什么不是70V或者90V呢?为什么EFUSE有这么多的保护功能?以及温升如何计算?
今天我们继续基于MPS的汽车级高压高电流E-Fuse芯片MPQ5884规格书继续开讲!

接下来是芯片的工作电压范围是6~60V:


芯片具有欠压保护功能,以典型值为例,当芯片电源电压VIN<1.7V时,芯片会进入关机模式,这个功能有啥用呢?

简单来说就是防止系统在供电不足的半死不活状态下工作,从而保护后端负载和EFuse自身。当输入电压VIN低于设定的安全阈值时,eFuse会果断切断输出,直到电压恢复正常才会重新导通。

这可以在电压降到足以让芯片内部逻辑电路发疯之前,提前切断电源,强制系统复位实现欠压保护,毕竟芯片发起疯来可是什么都可能发生,比如输出过流了也不关断,自己过温了也不保护,内部的功率MOSFET甚至会工作在饱和区,可能会烧MOSFET。

当然一般你看到UV功能,就必然会有Hysteresis迟滞设计,比如VIN under-voltage (UV) rising threshold的典型值是2.75V,意思就是当VIN电压低于1.7V时,芯片会欠压保护,当VIN电压高于2.75V后内部功能逻辑才重新开始初始化,这1.05V的迟滞电压差可以有效防止输入电压在临界点附近轻微抖动时,eFuse傻乎乎地频繁反复横跳。

接下来我们讲一下EFUSE的工作模式,MPQ5884 具有四种工作模式:正常模式、开路负载检测模式、低IQ模式,和关断模式。当我们使用其他型号的EFUSE时也是一样,也要关注EFUSE有哪些工作模式。


EFUSE的一个重要特性就是它在低功耗模式下,也能保持输出打开,如果有哪家供应商告诉你它开发出了EFUSE,很牛批云云,你就看到低功耗模式下能不能把内部的MOSFET打开就完事了,打不开的那都是瞎吹牛!

这个功能有啥用?如果EFUSE后级是ECU时,有些ECU在整车休眠时也是需要供电的,ECU典型休眠电流也就两三个毫安,如果EFUSE本身都消耗两三个毫安,那性价比可太低了,所以EFUSE既能保持输出打开给后级EFUSE供电,又能将自己的功耗控制在100uA以内!

咱们可以看一下MPQ5884的硬件框图,它具有两个内部功率MOSFET开关,一个主MOSFET (M-FET) 和一个辅助MOSFET (BB-FET)。M-FET和 BBFET均为N沟道MOSFET。在正常模式下,M-FET和BB-FET导通。从框图我们可以明显看出来辅助MOSFET (BB-FET)是由Low-Iq Mode来控制的,这意味着低功耗状态下只有辅助MOSFET (BB-FET)处于导通状态。

当然EFUSE的辅助MOSFET (BB-FET)驱动能力一般比较差,看下图就知道了,辅助MOSFE内阻典型值是1.4Ω,主MOSFET的内阻典型值是4.5mΩ,差了几百倍!所以在EFUSE的辅助MOSFET在低功耗状态下不能过太大的电流!

那问题来了,万一过了大电流咋办?会不会烧MOS?当然不会!在低IQ模式下,MPQ5884会监测BBFET的漏源电压VDS。如果VDS超过电压阈值 VLIQ_TH,通常为0.2V,MPQ5884会自动导通M-FET,而BB-FET也保持导通,这对于EFUSE来说都是基操!

需要注意的是EFUSE实现输出打开的同时,功耗又很低,除了上面咱们说的牺牲了低功耗模式下的驱动能力,同时还关闭了一些保护功能,比如电流采样功能,温度保护功能,只保留了VDS保护!