如何添加 eFuse 保护我们的电器设备

设备的可靠性是非常重要的指标，这个会给消费者直观的感受。然而不幸的是，不同的制造商有不同的质量标准，这导致某些品牌比其他品牌更容易失败，直接影响他们的声誉。

想象一下，你买了一台4K超高清电视，回到家，煞费苦心地按照说明安装和插入，试图打开它，但没有任何反应。幸运的是，一切都没有丢失，因为我们的电视在制造商的保修范围内。但首先，你必须收拾你全新的破电视，然后把它拖回大卖场。我敢打赌，在头疼之后，你不会再买那个牌子的电视了。

这个过程对制造商来说也不愉快。他们不仅会从每个心怀不满的客户那里失去未来的业务，而且他们还必须花费时间和金钱来修理通过退货授权 (RMA) 流程退回的每台电视。对导致电视故障的组件进行故障排除、更换有故障的组件并记录故障的根本原因需要花费大量时间。每个出现故障的组件在重新焊接到电路板上时都会产生更换成本和人工成本。该成本与库存替换零件和管理进出商店和消费者的 RMA 电视库存的后勤开销相结合。

图 1：调试电子电路以找出故障的根本原因可能需要大量时间（并增加人工成本）

电子系统中最常见的故障组件之一是输入保险丝，它在电视中通常是机械保险丝（或“熔化保险丝”）。之所以被选中，是因为它们的前期成本低，制造商通常依靠机械保险丝来进行系统保护，而不是其他更昂贵的选择。不幸的是，机械保险丝每次熔化时都需要物理更换，因为它们会在发生故障时损坏且无法运行（如图 2 所示）。此外，每个保险丝都必须仔细储存和跟踪，因为它们每个都提供额定电流和跳闸点。

图 2：熔断的保险丝不仅会产生自己的更换成本，而且可能会在过载事件期间损坏其他也需要更换的组件

机械保险丝的工作特性与电子保险丝（也称为 eFuse）的工作特性形成鲜明对比。我们可以描述半导体器件，例如 TI 的TPS25921A，如图 3 所示，作为“自我修复”——因为当它“爆炸”时，它会自动重新打开，并尝试重新启动电路。

TPS25921 是一款具有全套保护功能的紧凑型多功能熔丝。 它具有较宽的工作电压，可实现对多种常用直流 (DC) 总线的控制。 室温下限流精度达 ±2%，这种优异的精度使得 TPS25921 成为多种系统保护应用的理想选择。

而且它还具有过流保护、过压保护和欠压保护等多种可编程功能，能够对负载、电源和器件提供保护。欠压和过压条件下的阈值精度为 3%，无需监控电路即可确保对总线电压进行严密控制。 此外，还针对系统状态监视和下游负载控制提供了故障标志输出 (FLT)。

对于热插拔电路板，TPS25921 提供了浪涌电流控制和可编程的输出斜坡速率。 为实现设计灵活性的最大化，可使用软启动 (SS) 引脚处的电容器编程设定输出斜坡速率。

eFuse 将检测过载事件，并通过限制电流、钳位输出电压以及在必要时断开 eFuse 输出的电源来保护下游电路。

每个 eFuse 都有一个可调节的电流限制设置，并带有一个外部电阻器，这减少了制造商需要库存的唯一部件号（与机械保险丝相比）的数量，从而简化了库存管理。一些eFuses甚至可以防止反向电流通过增加一个外部阻挡场效应晶体管（FET）（TPS25924）或通过整合背到背的FET（TPS25940）。简而言之，eFuse 的工作是确保下游电路受到完全保护，免受任何过流或过压瞬态事件的影响。

图 3：为了保护电路，我们可以继续更换熔断的保险丝或选择使用单个电子保险丝升级我们的电路设计

与机械保险丝相比，eFuses 可以更有效地防止对下游组件的损坏。在机械保险丝加热和“熔化”所需的时间内，电子保险丝已经保护了电路。这个时间差意味着使用 eFuse 设计的系统不会因暂时的过流或过压事件而损坏，并且在故障消退后将自行重置为正常运行。

设计有（熔断）机械保险丝的同一系统需要返回制造商进行更换。

在我之前的电视示例中，使用电子保险丝代替机械保险丝将降低产品故障的风险。如果我们购买的电视采用 eFuse 设计，则故障风险会更低。